DE2849958C2

DE2849958C2 - Drehbohrwerkzeug

Info

Publication number: DE2849958C2
Application number: DE2849958A
Authority: DE
Inventors: Henri Le Pecq Cholet
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1977-11-21
Filing date: 1978-11-17
Publication date: 1986-08-28
Also published as: DE2849958A1; SE7811938L; CA1104999A; IT1100561B; IN150702B; IT7829944A0; JPS6023240B2; ZA786422B; GB2009286B; JPS5481103A; NO783905L; NL185298B; US4222447A; FR2442954A1; NL7811375A; MX3909E; GB2009286A; SU1017174A3; FR2442954B1; NO153742B

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehbohrwerkzeug, mit einem Werkzeuggehäuse, das mit Drehantriebseinrichtungen verbindbar ist, einen Hohlraum zur Zuführung von Bohrfluid aufweist und mit einer Vielzahl von Armen versehen ist, auf denen jeweils ein mit Bodenangriffselementen versehenes Organ drehbar gelagert ist, mit Einrichtungen zur Benetzung, insbesondere Spülung einer Schneidfront, die mit dem Hohlraum verbunden sind und Spüldüsen aufweisen, die in Vortriebsrichtung gerichtet sind, und mit Einrichtungen, die ebenfalls mit dem Hohlraum verbunden sind und Abzugsdüsen umfassen, die entgegengesetzt zur Vortriebsrichtung gerichtet sind.

Solche Drehbohrwerkzeuge werden oft am unteren Ende einer Bohrkolonne befestigt. Sie umfassen meist mehrere sich drehende mit Schneidelementen versetzte Organe, die konische Schneidelemente sein können. Sie drehen sich dann um Wälzlager, deren Achsen bezüglich der Mittelachse des Werkzeuges geneigt sind.

Die Erhöhung der Leistungsfähigkeit solcher Drehbohrwerkzeuge wurde in der Vergangenheit durch die Wirkung von Fluidstrahlen verbessert, deren wesentliche Funktionen die Kühlung des Werkzeugs, die Reinigung des Werkzeugs und der Schneidfront sowie das Abführen des Bohrkleins waren.

Eingesetzt wurde hierbei eine erste Werkzeugart, bei der die Fluidstrahlen in sämtlichen Richtungen des Werkzeugsfortschritts gerichtet waren. Allein die Kühlfunktion war korrekt sichergestellt Die Modifikation der Form dieser Werkzeuge, derart daß die Strahlen nahe der Schneidfront entstehen, hat aber nicht dazu geführt daß das erneute Zerbrechen des Bohrkleins aufhörte, wodurch besonders der Wirkungsgrad des Werkzeugs herabgesetzt wurde. Nachteilig war auch der Oberdruck der Fluidstrahlen auf die Schneidfront der den Erdboden verdichtete. Die Kontaktzone zwischen Werkzeug und Schneidfront an der das Bohrklein erzeugt wurde, wurde durch das Waschfluid nicht ausreichend benetzt

Bei einem zweiten bekannten Werkzeugtyp wurden in Kombination mit den durch Fluidstrahlen gebildeten Benetzungs- oder Bewässerungseinrichtungen Saugeinrichtungen für das mit Bohrklein beladene Fluid vorgesehen (z. B. DE-OS 25 29 380, US-PS 39 23 109, US-PS 31 44 087 ...). Diese richteten einen Fluidstrah! entgegengesetzt zu der des Bohrwerkzeugfortschritts. Das Bohrklein konnte besser und bei höherem Wirkungsgrad als mit den Werkzeugen vom ersten Typ abgeführt werden.

Bei solchen Einrichtungen ist es auch bereits bekannt (US-PS 30S9 324), den Saugeffekt über einfache Abflußkanäle aus der Zentrifugalkraft abzuleiten. Eine zufriedenstellende Spülung der Schneidfront wurde hiermit nicht erreicht.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Drehbohrwerkzeug der oben angegebenen Art so weiterzubilden, daß die Selbstreinigung des Werkzeugs und die Spülung der Schneidfront und somit eine Steigerung des Wirkungsgrades zu erwarten sind.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß jedem drehenden Organ ein aus einer Spüldüse und einer Abzugsdüse bestehendes Düsenpaar zugeordnet ist und die Spüldüsen Strahlöffnungen zu beiden Seiten einer Ebene besitzen, die gebildet wird durch die Achse des Werkzeugs und die Achse des sich drehenden Organs, wobei die Achse der Strahlöffnung jeder Spüldüse um wenigstens 20° gegen diese Ebene geneigt ist und im wesentlichen die Außenfläche des sich drehenden Organs tangiert.

Vorzugsweise ist die Spüldüse jedes sich drehenden Organs in Bewegungsrichtung der Bodenangriffsclcmente des sich drehenden Organs gerichtet.

Bei einem Drehbohrwerkzeug mit länglicher Gestalt der Strahlöffnung der Spülungsdüse liegt die längere Seite der Strahlöffnung im wesentlichen parallel zu einer Ebene, die tangential an das drehende Organ in Höhe der Schneidfront gelegt ist.

Zweckmäßig beträgt die Neigung der Achse der öffnung der Spülungsdüse, bezogen auf diese Ebene, etwu 60°.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun mit Bezug auf die Zeichnungen anhand eines Drehbohrwerkzeugs mit zwei Drehorganen näher erläutert werden.

Nach den F i g. 1 und 2 besteht das Bohrwerkzeug aus einem Gehäuse 1 mit zwei Armen von denen nur einer, nämlich der Arm 2 in den Figuren sichtbar ist, wobei jeder dieser Arme ein Bodenangriffsorgan (Organe 3 und 3a) trägt. Dieses Organ besteht beispielsweise aus einer konischen Rolle oder einem Schneidrad, das sich

um nicht dargestellte Wälzlager dreht, deren Achsen bezüglich der vertikalen Achse des Werkzeugs geneigt sind Dieses sich drehende Organ kann von an sich bekannter Art sein und wie in den Figuren gezeigt. Zähne umfassen; jedes andere Schneidelement das in der Lage ist, den Boden in Höhe der Schneidfront anzugreifen und zu zerstören, ist brauchbar.

Der obere Teil 4 des Werkzeugs trägt Gewinde, um den Anschluß des Werkzeugs in der Verlängerung eines das Werkzeug in Drehung versetzenden Werkzeugträgers 5 sicherzustellen. Dieser Werkzeugträger kann gebildet sein durch die Bohrkolonne im Falle des Rotarybohrens. Wenn das Werkzeug direkt durch einen Bodenmotor in Drehung versetzt ist, kann der Werkzeugträger durch den Rotor dieses Motors gebildet sein.

Im Gehäuse 1 des Werkzeugs ist ein Hohlraum 6 ausgespart, der direkt mit dem Innenraum der Bohrkolonne in Verbindung steht

Dieses Werkzeug umfaßt für jedes tier Bodenangriffsorgane 3 und 3a Bewässerungseinrichtungen und Einrichtungen zum Ansaugen des mit Bohrklein beladenen Fluids.

Die Bewässerungseinrichtungen des Organs 3 werden durch eine kalibrierte öffnung 7, die mit dem Hohlraum 6 in Verbindung steht gebildet Diese Öffnung ist so nahe wie möglich am sich drehenden Organ 3 vorgesehen und derart angeordnet daß eine gute Bewässerung der Kontaktzone des sich drehenden Organs 3 und der Schneidfront stattfindet Vorzugsweise ist diese Öffnung so angeordnet daß der aus dieser öffnung austre- !ende Fluidstrahl mit einer Komponente in Fortschrittsrichtung des Werkzeugs geneigt ist und eine Komponente parallel zur Schneidfront aufweist und in der gleichen Richtung wie die Bewegung des sich drehenden Organs 3 in der Zone gerichtet ist, wo ein Kontakt mit der .Schneidfront stattfindet.

Allgemein hat der durch die Achse Y- Y'dtr kalibrierten öffnung 7 und die durch die Achse des Werkzeugs und die Drehachse des sich drehenden Organs geformten Ebene X-X' gebildete Winkel λ einen Wert von höchstens 20°. Versuche mit einem bi-konischen Werkzeug führten zu ausgezeichneten Ergebnissen bei einem Winkel von λ nahe 60°.

Um eine günstige Bewässerung (Benetzung) der Kontaklzone zwischen sich drehendem Organ 3 und Schneidfront sicherzustellen, ist die Achse Y- Y'der kalibrierten öffnung 7 in einer Ebene enthalten, die sich wenig von der Mittelebene der theoretischen Kontaktlinie 12 des Organs 3 und der Schneidfront unterscheidet. Diese Mittelebene liegt senkrecht zur oben definierten Ebene X'-X.

Die kalibrierte öffnung 7 kann eine kreisförmige öffnung sein; vorzugsweise hat sie jedoch die Gestalt eines Schlitzes (in den Figuren nicht dargestellt), dessen größte Abmessung im wesentlichen zu der oben definierten Linie 12 parallel ist.

Die Saugeinrichtungen werden gebildet durch wenigstens eine kalibrierte öffnung 8, die mit dem Hohlraum 6 in Verbindung steht. Diese öffnung ist, bezogen auf das sich drehende Organ 3, auf der der Bewässerungsöffnung 7 abgelegenen Seite und derart angeordnet, daß während des Arbeitens des Werkzeugs das Fluid austritt und einen Saugstrahl bildet, der in den Ringraum zwischen Bohrkolonne 5 und dem gebohrten Loch in einer Richtung ausfließt, deren eine Komponente in der der Fortschrittsrichtung des im Betrieb befindlichen Werkzeugs entgegengerichtet ist. Diese Saugöffnung ist unter einer Entfernung L zur Schneidfront angeordnet und hat wenigstens einen Wert H, der die Abmessung des sich drehenden Organs 3, gemessen parallel zur Fortschrittsachse des Werkzeugs darstellt.

Wie Fig.2 erkennen läßt ist die Verbindung zwischen den kalibrierten öffnungen 7 und 8 und dein Hohlraum 6 durch profilierte Leitungen 9 bzw. 10 derart hergestellt daß die Druckverluste im ausströmenden Fluid geringstmöglich sind, wobei diese Leitungen tangential mit der Wandung des Hohlraums 6 verbunden sind.

Während des Arbeitens des Werkzeugs tritt das Fluid über die kalibrierte öffnung 7 aus, um die Schneidfront über dem aktiven Teil des Organs 3 zu »bewässern« und die durch die schneidenden Elemente herausgerissenen Bodenpartikel mitzureißen. Das mit Bohrklein beladene Fluid wird dann unmittelbar in den Ringraum 11, und zwar aufgrund des Unterdrucks des Fluidstrahls mitgerissen, der aus der Öffnung 8 (siehe F i g. 2) austritt

Die Erfahrung hat gezeigt, daß man nicht nur eine günstige Kühlung des Werkzeugs, sondern auch eine wirksame Reinigung des Werkzeugs, ein schnelles Bespülen der Schneidfroni und ein vollständiges Abziehen des Bohrkleins in einem sehr kurzen Zeitintervall erhält. Hieraus resultiert eine beachtliche Erhöhung des Wirkungsgrads des Werkzeugs bezogen auf bekannte Werkzeuge, die mit Ansaugen des mit Bohrklein beladenen Fluids arbeiten.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Werkzeug mit sich drehenden Organen 3 und 3a dargestellt. Aus den Figuren ersichtlich ist jedem der sich drehenden Organe 3 und Za ein Paar von Strahlen zugeordnet, nämlich ein Bewässerungsstrahl 7 oder 7a und ein Saugstrahl 8 oder 8a für mit Bohrklein beladenes Fluid F Fa (Strahlenpaar 7—8 für das Schneidrad 3; Strahlenpaar 7a—8a für das Schneidrad 3a/

Die Figuren zeigen als Beispiel Werkzeuge mit zwei sich drehenden Organen. Die Erfindung ist jedoch anwendbar unabhängig von der Anzahl der sich drehenden Organe; ein jedes hat ihm eigene Spülungs- und Saugeinrichtungen unterschiedlich zu denen der anderen sich drehenden Organe.

Änderungen im Rahmen der Erfindung sind insofern möglich, als beispielsweise die kalibrierten Öffnungen aus auswechselbaren Düsen bestehen können, der Techniker wird den Durchmesser dieser Düsen als Funktion des Falles der Verwendung wählen. Leitungen wie 9 und 10 können im Werkzeuggehäuse ausgebildet sein oder können aus angesetzten Teilen bestehen, welche gegebenenfalls lösbar am Werkzeuggehäuse angebracht sind. Zusätzliche Saugeinrichtungen für das mit Bohrklein beladene Fluid (diese können beispielsweise ein Venturirohr umfassen) können oberhalb jedes Saugstrahls angeordnet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drehbohrvorrichtung, mit einem Werkzeuggehäuse, das mit Drehantriebseinrichtungen verbindbar ist, einen Hohlraum zur Zuführung von Bohrfluid aufweist, und mit einer Vielzahl von Armen versehen ist, auf denen jeweils ein mit Bodenangriffselementen versehenes Organ drehbar gelagert ist, mit Einrichtungen zur Benetzung, insbesondere Spülung einer Schneidfront, die mit dem Hohlraum verbunden sind und Spüldüsen aufweisen, die in Vortriebsrichtung gerichtet sind, und mit Einrichtungen, die ebenfalls mit dem Hohlraum verbunden sind und Abzugsdüsen umfassen, die entgegengesetzt zur Vortriebsrichtung gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem drehenden Organ {3, 3a) ein aus einer Spüldüse und eil.er Abzugsdüse bestehendes Düsenpaar zugeordnet ist und die Spüldüsen Strahlöffnungen zu beiden Seiten einer Ebene besitzen, die gebildet wird durch die Achse des Werkzeugs und die Achse des sich drehenden Organs (3,3a), wobei die Achse der Strahlöffnung jeder Spüldüse um wenigstens 20° gegen diese Ebene geneigt ist und im wesentlichen die Außenfläche des sich drehenden Organs (3,3a) tangiert.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spüldüse jedes sich drehenden Organs (3, 3a) in Bewegungsrichtung der Bodenangriffselemente des sich drehenden Organs (3,3a) gerichtet ist.

3. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlöffnung der Spülungsdüse von länglicher Gestalt ist dadurch gekennzeichnet, daß die längere Seite der Strahlöffnung im wesentlichen parallel zu einer Ebene ist, die tangential an das drehende Organ (3, 3a) in Höhe der Schneidfront gelegt ist.

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Achse aer öffnung der Spülungsdüse bezogen auf diese Ebene etwa 60° beträgt.