DE2919817A1

DE2919817A1 - Gesteinsbohrwerkzeug zum druckluftbohren und dafuer vorgesehene filtervorrichtung

Info

Publication number: DE2919817A1
Application number: DE19792919817
Authority: DE
Inventors: George E Dolezal; Richard T Upton
Original assignee: Hughes Tool Co
Current assignee: Hughes Tool Co
Priority date: 1978-07-03
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1980-01-17
Also published as: CA1101837A; BR7901914A; SE7903889L; ZA792244B; JPS557390A; NL7904251A; GB2024894A; FR2434259A1; SE439947B; US4245710A

Description

Gesteinsbohrwerkzeug zum Druckluftbohren und dafür vorgesehene Filtervorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf das Erdbohren mit Gesteinsbohrmeißeln, bei welchen Luft als Umlauffluid benutzt wird, und betrifft insbesondere eine Filtervorrichtung, die dazu benutzt wird, um den Lagern von solchen Bohrmeißeln gefilterte Luft zuzuführen.

Bei einigen Erdbohranlagen wird Luft zum Kühlen des Bohrwerkzeuges und zum Transportieren des Bohrkleins von der Bohrlochsohle zur Erdoberfläche benutzt. Häufig wird Wasser in die Luft eingespritzt, die zu dem Bohrwerkzeug gepumpt wird. Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen und Verfahren vorgeschlagen worden, die dazu dienen, das Wasser aus der zu den Bohrwerkzeugen gepumpten Luft abzuscheiden, um das nachteili-

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ge Wasser von den Lagern fernzuhalten und den Lagern zu ihrer Kühlung gefilterte Luft zuzuführen.

Die US-PS 3 094 175 beschreibt die Verwendung eines Zentrifugalscheiders mit einem spiralförmig verlaufenden Gang oder Flansch für die oben beschriebenen Zwecke. Ein ähnlicher Scheider ist in der US-PS 2 32 9 745 beschrieben und dient zum Abscheiden von Bohrklein aus der Flüssigkeit, die beim Bohren nach Erdöl und Gas häufig umgewälzt wird. Ein weiterer Zentrifugalscheider mit spiralförmigem Aufbau ist in der US-PS 3 788 408 beschrieben.

Die Verwendung von einzelnen Rohren, häufig in Kombination mit einem Diffusor, ist früher bereits vorgeschlagen worden, beispielsweise in der oben angegebenen US-PS 3 788 408. Abscheider mit radialen Schaufeln sind auf anderem Gebiet bereits beschrieben worden. Ansaugluft ist durch einen solchen Abscheider für den Vergaser von Traktoren gereinigt worden, um das Einsaugen von Luft und anderen Verunreinigungen in die Motoren zu minimieren.

Ein Flüssigkeit/Luft-Scheider mit radialen Schaufeln wird gemäß der Erfindung oberhalb der Lagerluftkühlkanäle eines Bohrwerkzeuges benutzt, um einen Wirbel zu erzeugen, der Wasser und andere Verunreinigungen zentrifugal nach außen schleudert. Die Luftkühlkanäle, die zu dem Lager des Bohrwerkzeuges führen, sind innerhalb des sich ergebenden, zentral angeordneten Gebietes reiner Luft angeordnet, während Wasser in Düsenkanäle und zu der Sohle des Bohrloches fließt. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die Schaufeln jeweils unterschiedliche innere und äußere Steigungen in bezug auf die Richtung der Strömung. Dieser Wirbelerzeuger mit radialen Schaufeln hat sich bei der Verwendung in einem Gesteinsbohrwerkzeug als eine höchst wirksame Filtervorrichtung erwiesen*

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise im Längsschnitt eine perspek

tivische Teilansicht eines Rollenmeißels, der die Wirbelluftfiltervorrichtung nach der Erfindung hat,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den in Fig. 1 ge

zeigten Filter und

die Fig. 3 und 4 Querschnittansichten längs der Linien

III-III bzw. IV-IV von Fig. 2.

Die Bezugszahl 11 bezeichnet in den Zeichnungen einen Gesteinsbohrmeißel mit einem mit Außengewinde versehenen Schaftende 13_f an welchem ein Gestängerohr oder Gestängeteil (nicht dargestellt > befestigt wird, das mit einer Bohrmaschine (nicht dargestellt) an der Oberfläche der Erde verbunden ist, die das Gestängerohr und den Bohrmeißel in Drehung versetzt. Das Schaftende ist an der Stelle T5 hohl und mit Lagerkühlkanälen 17, Düsenkanälen 19 und Düsen 20 verbunden. Ein offenendiges Rohr 2t ist teilweise in das obere Ende jedes Lagerkühlkanals 17 unter Abdichtung eingeführt.

Der Meißelkörper hat außerdem ein unteres Bohrmeißelende 23, an welchem wenigstens eine, gewöhnlich aber 3 Heißelrollen 25 von irgendeiner der vielen bekannten Bauarten befestigt sind. Lageranordnungen 27, hier eine Kombination aus Gleitlagern und Wälzlagern, werden zwischen dem Meißelkörper und den Meißelrollen benutzt. Fin eingeschweißter Stopfen. 29 und Luftkanäle sowie zusätzliche Lagerkühlkanäle 31 gestatten der Kühlluft _r zu der Lageranordnung zu strömen.

In dem hohlen Ende 15 des Schaftes 15 ist ein Tragring 33"

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in einer passenden Vertiefung 35 angeordnet und durch einen lösbaren, elastischen Sicherungsring (Sprengring) 37 befestigt. Mehrere radiale und feststehende Schaufeln 39 erstrecken sich unter Steigungswinkeln oC und ß (vgl. Fig. 2, 3 und 4) zwischen dem Inneren des Tragringes 33 und einem mittigen Träger 41. Jede Schaufel 39 hat einen äußeren Teil 43 und einen inneren Teil 45 mit unterschiedlichen Steigungen et und ß, wobei sich die größere Steigung nahe dem Tragring 33 befindet. Eine Feststellschraube 47 faßt in ein passendes Loch (nicht gezeigt) innerhalb der höhlen Innenseite des Schaftes 15 ein, um eine Drehung der Schaufeln zu verhindern.

Ein Scheider der vorstehend beschriebenen Konfiguration wurde in einen "Hughes" - Sprengloch - Gesteinsbohrmeißel des Typs HH99, der einen Durchmesser von 311,25 mm hatte, eingefügt. Eine erste Vertiefung wurde bis zu einem Durchmesser von etwa 89 mm und bis zu einer Länge von etwa 117,5 mm unterhalb des oberen Endes des Schaftes 13 gebohrt. Dadurch wird eine Verzerrung der Strömung aufgrund des Vorhandenseins von Oberflächenunregelmäßigkeiten minimiert, die sonst innerhalb des Schaftes auftreten könnte. Der Tragring 33 und der Scheider wurden in die Vertiefung 35 eingeführt und durch den Sprengring 37 gegen eine lineare Bewegung festgehalten. Eine radiale Bewegung wurde durch Einschrauben der Feststellschraube 47 in ein passendes Loch (nicht gezeigt) in dem Bohrmeißelschaft verhindert.

Im Betrieb wurden Luft und eingespritztes Wasser von der Maschinenanlage an der Erdoberfläche aus durch das Bohrgestänge und in den Bohrmeißel 11 gepumpt. Die festen Schaufeln erzeugten einen Wirbel, der Wasserteilchen und andere Verunreinigungen*zentrifugal nach außen in den hohlen Teil des Schaftes und in den Düsenkanal 19 drückte. Reine Luft wurde in den offenen Enden der Rohre 21 empfangen und den Lagerkühlkanälen 17 zugeführt.

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Mit dem Scheider wurde eine im wesentlichen hundertprozentige Abscheidung von sichtbarem Wasser aus der Luft in einem Labortest erzielt, während welchem 36 820 l/min Wasser über eine Zeitspanne von 5 Minuten durch den Bohrmeißel und den Scheider gepumpt wurden. Der Tragring 33 hatte einen Außendurchmesser von 101,6 mm, eine radiale Dicke von 4,76 mm und eine Tiefe von 25,4 mm. Die elf Schaufeln waren etwa 19 mm breit, 1,59 mm dick und hatten Steigungswinkel oC und ß von 40° bzw. 30°.

Die Rohre 21 hatten offene Enden, die in einem Abstand von 44,4 mm unterhalb des Scheiders angeordnet waren, einen Außendurchmesser von 20,6 mm und einen Innendurchmesser von etwa 1 9 mm.

Der Scheider kann in einer Untereinheit verwendet werden, die oberhalb des Bohrmeißels statt innerhalb des Schaftes des Bohrmeißels angeordnet ist.

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Claims

Patentansprüche :

1. Gesteinsbohrwerkzeug zum Druckluftbohren, mit einer verbesserten Filtervorrichtung, die den Bohrwerkzeuglagern gefilterte Luft liefert, gekennzeichnet durch:

einen Bohrwerkzeugkörper mit einem Bohrmeißelrollenende und einem hohlen Schaftende zum Verbinden mit einem drehbaren Gestängerohr;

wenigstens eine Meißelrolle, die an dem Bohrmeißelrollenende drehbar befestigt ist;

eine Lageranordnung zwischen der Meißelrolle und dem Bohrwerkzeugkörper;

einen Lagerkühlkanal, der mit dem hohlen Schaftende des Bohrwerkzeugkörpers und der Lageranordnung in Verbindung steht;

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einen Düsenkanal zwischen dem hohlen Schaftende und dem Bohrmeißelrollenende des Bohrwerkzeugkörpers;

eine Tragvorrichtung, die in das hohle Schaftende des Bohrwerkzeugkörpers oberhalb des Düsenkanals paßt; und

mehrere radial ausgerichtete Schaufeln, die sich von der Tragvorrichtung aus nach innen erstrecken.

2. Gesteinsbohrwerkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zentralen Träger zum Befestigen der inneren Enden der radialen Schaufeln.

3. Gesteinsbohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragvorrichtung ein Ring ist.

4. Filtervorrichtung für ein Gesteinsbohrwerkzeug zum Trennen von Luft und Wasser in dem Fluid, das zu dem Bohrwerkzeug gepumpt wird, gekennzeichnet durch

einen hohlen Körper;

eine Tragvorrichtung, die in den hohlen Körper paßt;

mehrere radiale Schaufeln, die von der Tragvorrichtung ausgehen und mittels welchen ein Fluidwirbel erzeugbar ist, der durch Zentrifugalkraft das Wasser aus der Luft abscheidet.

5. Filtervorrichtung für ein Gesteinsbohrwerkzeug zum Druckluftbohren mit einem Bohrwerkzeugkörper, der ein Bohrmeißelrollenende und ein hohles Schaftende zum Verbinden mit einem drehbaren Gestängerohr, wenigstens eine an dem Bohrmeißelrollenende drehbar befestigte Meißelrolle, eine Lageranordnung zwischen der Meißelrolle und dem Bohrwerkzeugkörper, einen Lagerkühlkanal, der mit dem hohlen Schaftende des Bohrwerkzeugkörpers und der Lageranordnung in Verbindung steht,.

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ORIGINAL INSPECTEO

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und einen Düsenkanal zwischen dem hohlen Schaftende und dem Bohrmeißelrollenende des Bohrwerkzeugkörpers hat, gekennzeichnet durch:

einen Tragring, der in das hohle Schaftende des Bohrwerkzeugkörpers oberhalb des Düsenkanals paßt;

mehrere radiale Schaufeln, deren äußere Enden an dem Tragring befestigt sind;

eine Anschlußeinrichtung zum Befestigen der inneren Enden der radialen Schaufeln;

wobei das äußerste Ende jeder Schaufel eine ausgewählte Steigung und das innere Ende jeder Schaufel eine größere Steigung hat.

6. Filtervorrichtung für ein Gesteinsbohrwerkzeug zum Druckruf tbohren mit einem Bohrwerkzeugkörper, der ein Bohrmeißelrollenende und ein hohles Schaftende zum Verbinden mit einem drehbaren Gestängerohr, wenigstens eine an dem Bohrmeißelrollenende drehbar befestigte Meißelrolle, eine Lageranordnung zwischen der Meißelrolle und dem Bohrwerkzeugkörper, einen Lagerkühlkanal, der mit dem hohlen Schaftende des Bohrwerkzeugkörpers und der Lageranordnung in Verbindung steht, und einen Düsenkanal zwischen dem hohlen Schaftende und dem Bohrmeißelrollenende des Bohrwerkzeugkörpers hat, gekennzeichnet durch:

eine Aufnahme innerhalb des hohlen Schaftendes des Bohrwerkzeugkörpers oberhalb des Düsenkanals;

mehrere radiale Schaufeln quer zu der Aufnahme; und

eine Anschlußvorrichtung zum Befestigen der insgesamt radialen Schaufeln»

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Enden der Schaufeln einen Winkel und die äußeren Enden einen weiteren Winkel aufweisen.

8» Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der inneren Enden etwa 30° in bezug auf eine zu der Mittelachse des Abscheiders senkrechten Ebene beträgt, während der Winkel des äußeren Endes etwa 40° beträgt.