DE2905400A1

DE2905400A1 - Werkzeugstabilisator, insbesondere fuer ein bohrwerkzeug

Info

Publication number: DE2905400A1
Application number: DE19792905400
Authority: DE
Inventors: Jean Boulet; Henri Cholet
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1978-02-13
Filing date: 1979-02-13
Publication date: 1979-08-16
Also published as: CA1110613A; BE874016A; FR2417002A1; NO790431L; NL7901088A; IT1166632B; US4245708A; IT7920143A0; ES477685A1; NO155818B; GB2014218B; MX5373E; GB2014218A; FR2417002B1

Description

290S4Q0

- 4 Werkzeugstabilisator, insbesondere für ein Bohrwerkzeug

Die Erfindung betrifft einen Lamellenstabilisator mit wenigstens einer Kammer mit Venturieffekt, der einsetzbar ist bei einem Organ wie einem Bohrwerkzeug, wobei die folgende Beschreibung beispielsweise anhand eines solchen Bohrwerkzeugs gegeben wird.

Der Stabilisator ist geeignet, oberhalb des Werkzeugs koaxial zur Bohrkolonne derart angeordnet zu werden, daß die Bohrung in der gewünschten Richtung gehalten wird. Er umfasst vorzugsweise zwei Lamellen oder radiale Rippen, die zwischen sich freie Winkelintervalle zum Hieven des Bohrkleins gegen die Bohrlochöffnung belassen.

Dem Stabilisierungseffekt für die Lage des Bohrwerkzeugs soll der Stabilisator nach der Erfindung insbesondere einen Verstärkungseffekt für das Ansaugen des Bohrkleins zugeordnet werden, wobei letzterer erhalten wird in Kombination mit einem Bohrwerkzeug, das gebildet wird durch einen mit Bodenangriffsorganen versehenen Werkzeugkörper, der außerhalb des Werkzeugkörpers, rückspringend bezüglich der Bodenangriffsorgane wenigstens eine Saugdüse umfasst, die wenigstens einen Bohrfluidstrahl erzeugt, der entgegengesetzt zum Werkzeugvorschub gerichtet ist.

Der Stabilisator nach der Erfindung umfasst Lamellen zunehmender Breite über wenigstens einen ersten Bruchteil ihrer Höhe, ausgehend von ihrer Basis, derart, daß der Wert des Verhältnisses des größten zum kleinsten (geraden) Querschnittes der freien Kammer, die zwischen den ersten (Bruch)teilen zweier aufeinanderfolgender Lamellen belassen ist, 7,5 nicht überschreitet. Gegebenenfalls ist der erste Teil der Lamellen um einen Teil im wesentlichen konstanter Breite und/oder einen Teil abnehmender Breite verlängert.

909833/079?

In Verwendung in Kombination mit einem Bohrwerkzeug der oben definierten Art, wird der Stabilisator nach der Erfindung so angesetzt, daß jede Saugdüse des Werkzeugs im Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Lamellen mündet und vorzugsweise im wesentlichen in der Achse dieses Zwischenraums orientiert ist.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in
Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Bohrwerkzeug für die

Anwendung der Maßnahme nach der Erfindung; Fig. 2 eine Ausführungsform eines Stabilisators nach der

Erfindung;
Fig.2A u. 2B Schnitte durch den Stabilisator der Fig. 2

längs der Ebenen P. und P~; Fig. 3 eine Draufsicht auf die abgewickelte Oberfläche

des Stabilisators nach Fig. 2; Fig. 4 eine Draufsicht auf die abgewickelte Fläche einer anderen Ausführungsform des Stabilisators, wonach die Lamellen bezüglich der Achse des Stabilisators geneigt sind; und

die.Figuren 5, 6, 7A und 7B zeigen weitere Ausführungsvarianten.

Die Figuren zeigen beispielsweise den Stabilisator nach der Erfindung, der verwendet wird in Kombination mit einem Bohrwerkzeug mit einem mit drei Armen, wie Arm 2 und Arm 3 (Fig.2) · versehenen Gehäuse 1, wobei letztere Bodenangriffsorgane, die beispielsweise aus drei konischen Schneidrädern (molettes) bestehen, wie beispielsweise die Schneidräder 5 und 6,tragen, die sich in nicht dargestellten Lagern drehen und deren Achsen bezüglich der Vertikalachse des Werkzeugs geneigt sind. Jedes der sich drehenden Organe kann von an sich bekannter

Bauart sein und Zähne 4 umfassen, wie dies Fig. 2 zeigt, oder auch andere Schneidelemente, die in der Lage sind, den Bodenangriff in Höhe der Schneidfront auszuführen. Der obere Teil 7 des Gehäuses 1 {Fig. 1) ist mit Gewinde versehen, um die Verbindung des Werkzeugs mit einem Stabilisator sicherzustellen, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist und selbst, beispielsweise über ein Gewinde 8 am Ende eines ihn in Drehung versetzenden Werkzeugträgers befestigt ist.

Dieser Werkzeugträger kann durch die Bohrkolonne 11 im Falle des Rotaribohrens gebildet sein. Wird das Werkzeug direkt von einem Bodenmotor in Drehung versetzt, so kann der Werkzeugträger durch den Rotor des Motors gebildet sein.

Im Gehäuse 1 des Werkzeugs ist ein Hohlraum 1a belassen, der über eine mittige im Stabilisator ausgesparte Bohrung mit dem Innenkanal der Bohrkolonne 11 in Verbindung steht.

Das Gehäuse 1 des Werkzeugs ist mit wenigstens einer Saugdüse, beispielsweise 9, versehen, die wenigstens eine kalibrierte Öffnung, wie 9a, aufweist. Diese Düse ist so ausgebildet, daß sie wenigstens einen Bohrfluidstrahl (Fig.1) erzeugt, der in Richtung entgegengesetzt zur Vortriebsrichtung des Werkzeugs im Boden gerichtet ist. In den Figuren hat die Öffnung 9a kreisförmige Gestalt, kann aber auch die allgemeine Gestalt eines Schlitzes aufweisen oder mehrere im Winkel verteilte kreisförmige Öffnungen umfassen.

Der Stabilisator 10 ist zwischen Werkzeug und Bohrkolonne 11, mit der er gleichachsig ist, derart zwischengeschaltet, daß er das Bohrwerkzeug in der gewünschten Richtung hält.

Im unteren Teil 10a hat der Stabilisator einen Außendurchmesser, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Bohrloches ist. In an sich bekannter Weise ist die Außenfläche des Stabilisators vorzugsweise mit Schneidelementen 10b (Fig. 2) versehen. Im unteren Teil 10c besitzt der Stabilisator einen Außendurchmesser, der beachtlich kleiner als der Durchmesser des Bohrloches ist, wobei dieser Teil vorgesehen ist, um gegebenenfalls ein Herausziehwerkzeug aufzunehmen.

Im unteren Teil 10a umfasst der Stabilisator 10 beispielsweise drei radiale Lamellen oder Rippen 12, 13, 14, die zwischen sich Freiräume oder Winkelräume belassen, um das Fluid zu heben. Das Profil dieser Lamellen ist derart, daß die Winkelräume, die sie zwischen sich begrenzen, die Form von venturiartigen Leitungen aufweisen. Im dargestellten Beispiel ist die Breite dieser Lamellen, ausgehend von ihrer Basis, zunehmend über einen ersten Teil ihrer Höhe H, dann im wesentlichen über einen zweiten Teil, der unmittelbar über dem ersten Teil vorgesehen ist, konstant und nimmt dann über einen dritten Teil ihrer Höhe oberhalb des zweiten Teils ab. Wie aus Fig. 3 erkennbar, bezeichnen die Bezugszeichen h.., h„ und h, jeweils die Höhe vom ersten, zweiten und dritten Teil, wobei diese Höhen parallel zur Achse des Stabilisators gemessen sind.

Bezeichnet man mit S„ (Fig.2A) den Wert des Querschnitts des freien Raums zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lamellen, gemessen in Höhe ihrer Basis, d.h. in Höhe der Ebene P_ (Figuren 1 und 2) und mit S_A (Fig. 2B) den Wert des Querschnitts des freien Raums zwischen zwei benachbarten Lamellen, gemessen in der Höhe, wo die Lamellen eine im wesentlichen konstante Breite haben, d.h. in Höhe der Ebene P. (Figuren 1 und 2), was auch bedeutet, daß S und S. jeweils den größten und kleinsten Querschnitt des freien mit der Entfernung

909833/079?

2305400

vom Werkzeug konvergierenden Raums bezeichnen, so stellt sich eine große Wirksamkeit der Vorrichtung ein, wenn der Wert des Verhältnisses S_ß / S. wenigstens gleich 1,5 ist und 7,5 nicht überschreitet. Auch wurde gefunden, daß die Höhe h₁ des ersten Teils, über den die Breite der Lamellen abnimmt, wenigstens gleich der Hälfte der Entfernung "e" (Figuren 2B, 3 und 4) zwischen den unteren Rändern der benachbarten Lamellen sein soll, anders ausgedrückt, zur Entfernung zwischen zwei Lamellen, gemessen in Höhe der Ebene P~ (Figuren 1 und 2).

Wie die Figuren deutlich erkennen lassen, ist das Profil oder die Konfiguration zweier benachbarter Lamellen nun so, daß sie zwischen sich einen Raum mit Venturieffekt bilden, d.h., daß sie in Richtung des Hebens des Bohrkleins einen konvergenten Teil und einen Teil im wesentlichen konstanten Querschnitts,der die Venturiverengung bildet, aufweisen, wobei dieser Teil durch einen divergenten Teil verlängert wird.

Die relative Lage des Stabilisators 10 und des Werkzeugs wird beispielsweise durch das die beiden Bauteile verbindende Gewinde 7 sichergestellt, damit jede Düse 9 in einen freien Raum zwischen den Lamellen mündet und die Basis der durch die Ebene P_B gebildeten Lamellen oberhalb der Austrittsöffnung der Düse 9 unter einem Abstand "d" liegt, der höchstens gleich 0,3 m beträgt.

Nach der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform liegt die vertikale Achse jeder dieser Lamellen im wesentlichen parallel zur Achse des Stabilisators, während nach einer anderen Ausführungsform die Achsen dieser Lamellen bezüglich der Achse des Stabilisators geneigt sind. Vorzugsweise ist die Neigung, gesehen von der Basis der Lamellen aus, derart, daß der Windungsschritt, der dieser Neigung der Schaufeln entspricht, entgegengesetzt zu demjenigen der Werkzeugdrehrichtung ist.

909833/0797

2305400

Durchgeführte Versuche zeigen,, daß diese Neigung in beachtlicher Weise die Zirkulation des mit Bohrklein Geladenen Bohrfluids durch die freien Räume zwischen den Lamellen steigert.

Modifikationen im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres möglich. So kann beispielsweise die Anzahl der Lamellen vom Techniker so gewählt werden, daß die Vorrichtung nach der Erfindung dauernd eine günstige Zentrierung ermöglicht und es erlaubt, den gewünschten Fluiddurchsatz in den freien Zwischenlamellenräumen zu erhalten.

Im Fall der Ausführungsform der Figuren 1 bis 3, wonach die Achse der Lamellen parall zu derjenigen der Vorrichtung ist und wobei die Vorrichtung in Kombination mit einem Bohrwerkzeug Verwendung findet, erscheint die Verwendung von drei radialen Lamellen aufgrund der Tatsache interessant, daß man eine günstige Zentrierung und einen zweckmäßigen Fluiddurchsatz erhält, wobei der dynamische Ausgleich der Vorrichtung ohne Schwierigkeiten erhalten werden kann.

Nach den vereinfachten Ausführungsformen der Figuren 5 und kann das Profil der Lamellen derart sein, daß diese Lamellen zwischen sich über die gesamte Länge der Lamellen konvergierende Räume bilden (konvergierend in einer vom Werkzeug fortweisenden Richtung)oder sie bilden Räume mit einem konvergierenden Teil oberhalb eines Teils mit konstantem Querschnitt.

Die Form des (geraden) Querschnitts der freien Winkelräume kann vom Techniker als Funktion der Arbeitsbedingungen gewählt werden, vorausgesetzt, daß die Wandung jeder der Räume bei ihrem Schnitt mit der Außenfläche des Stabilisators einen WinkeloO von wenigstens 90° bildet.

- ίο -

Nach der in den Figuren 7A und 7B dargestellten Ausführungsform umfasst der Stabilisator soviel« Lamellen oder Blätter, wie das Bohrwerkzeug Arme hat. Jedes Blatt 12, 13, 14 ist durch eine Verlängerung 12a, 13a, 14a verlängert, von denen jede fest mit einem Arm des Werkzeugs verbunden ist oder aufgesetzt ist und durch Schweißen etc. befestigt ist oder bereits in der Gießerei bei der Herstellung des Werkzeugs erhalten wurde. Die Basis des Tconvergierenden Venturiteils befindet sich dann unterhalb des Niveaus der Öffnung der Düse 9.

Im Rahmen der Erfindung kann die aus Werkzeug-Stabilisator bestehende Anordnung auch in einem einzigen Stück hergestellt sein.

013383370797

Claims

F-92502 Rueil-Malmaison, Frankreich Werkzeugstabilisator, insbesondere für ein Bohrwerkzeug PATENTANSPRÜCHE

1. Werkzeugstabilisator, insbesondere für ein an einer Bohrkolonne hängendes Bohrwerkzeug, das zwischen Werkzeug und Bohrkolonne koaxial zur letzteren anzuordnen ist, um die Progression des Werkzeugs in der gewählten Richtung aufrecht zu erhalten; mit einer mittigen Bohrung und wenigstens zwei radialen Lamellen oder Rippen, die zwischen sich freie Winkelräume zur Zirkulation eines Bohrfluids gegen die Öffnung des Bohrloches belassen, dadurch gekennzeichnet , daß die Blätter oder Lamellen (12;13;14) von einer Form sind, daß sie zwischen sich einen Ringraum der Venturibauart bilden.

2. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Lamellen (12;13;14) über wenigstens einen ersten Teil ihrer Höhe ausgehend von dem dem Werkzeug benachbarten Ende zunimmt und daß der Wert des Verhältnisses des größten Querschnitts zum kleinsten Querschnitt des freien Raums, gemessen über diesen ersten Teil, 7,5 nicht überschreitet. 909833/0797

290540α

3- Stabilisator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Wert des Verhältnisses wenigstens 1,5 beträgt.

4. Stabilisator nach einem der Anspräche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des ersten Teils wenigstens gleich der Hälfte des Zwischenr-aums zwischen den unteren Rändern zweier benachbarter Lamellen ist.

5. Stabilisator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Lamellen (12;13;143 im wesentlichen über einen zweiten Teil ihrer Höhe {h2) -oberhalb des ersten Teils konstant ist.

6. Stabilisator nach Anspruch S₁ dadurch gekennzeichnet , daß die Breite der Lamellen über einen dritten Teil ihrer Hohe oberhalb des zweiten Teils (h2) abnimmt-

7. Stabilisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Lamellen gegen die Achse des Stabilisators geneigt sind.

8. Stabilisator nach Anspruch 1 zur Stabilisierung eines Bohrwerkzeugs, das an seinem Umfang wenigstens eine Saugdüse zum Hieven des Bohrkleins umfasst, wobei der Stabilisator zwischen Werkzeug und Bohrkolonne und koaxial zu letzterer angeordnet ist, um den Bohrfortschritt in der gewählten Richtung aufrechtzuerhalten, und mit wenigstens drei radialen Lamellen oder Rippen, die zwischen sich freie Winkelräume zum Hieven des Bohrkleins gegen die Bohrlochöffnung belassen, gekennzeichnet durch wenigstens zwei benachbarte Lamellen von einer Konfiguration derart, daß sie zwischen sich einen Raum vom Venturityp bilden und daß der Mittelteil

909833/0797

2305400

des freien Winkelraums zwischen diesen beiden Lamellen im wesentlichen durch geeignete Einrichtungen auf die zum Hieven des Bohrkleins vorgesehene Saugdüse zentriert ist; und daß der Wert des Verhältnisses der äußersten Querschnitte des konvergierenden Teils dieses venturiartigen Raums höchstens gleich 7,5 ist. , · - ^:

9. Stabilisator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Verhältnisses wenigstens gleich 1,5 ist. "'""'-·"'

10. Stabilisator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des konvergierenden Venturiteils wenigstens gleich der Hälfte des Zwischenraums zwischen den unteren Rändern zweier benachbarter Lamellen ist.

11» Stabilisator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis der Lamellen sich unter einer Entfernung von höchstens 0,3 m oberhalb der Saugdüse (9) befindet.

12. Stabilisator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieser venturiartige Raum gegen die Achse des Werkzeugs entgegengesetzt zu dessen Drehrichtung geneigt ist.

13. Stabilisator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Lamellen an ihrem unteren Teil im wesentlichen im Kontakt mit dem Bohrwerkzeug stehen, wobei die Basis der Lamellen auf einem Niveau unterhalb desjenigen der Saugdüse (9) liegt.

909833/079?