DE2953762T5 - Turbo-drill - Google Patents
Turbo-drillInfo
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Description
TURBINENBOHRER
Gebiet der Technik
Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Bohrungstechnik, insbesondere auf Turbinenbohrer.
Stand der Technik
Zum Aufsuchen und Ausbeuten von Erdöllagerstätten und Erdgasf eidern, die unter komplizierten geologischen
Gebirgsverhältnissen durchgeführt .werden müssen, soll
der Turbinenbohrer in seinerv einer ganzen Reihe von Anforderungen entsprechen, die dessen wirkungsvolle
Anwendung begünstigen.
Zunächst muß der Aufbau des Turbinenbohrers eine
operative Kontrolle der räumlichen Lage des Bohrmeißels auf der .Bohrlochsohle während des Bohrvorganges sichern.
Zweitens muß die Betriebsdauer des Turbinenbohrers groß genug sein, damit sie eine Erniedrigung der
Betriebskosten desselben begünstigen kann.
Bin zur Zeit breite Anwendung findender Turbinenbohrer
ist nach der Einstrombewegungsart der Bohrspüllösung ausgeführt. Dieser Turbinenbohrer enthält
ein Gehäuse^Vvolle Welle, eine Mehrstufenturbine, radiale
und axiale Lagerungen. Das Gehäuse ist mit dem Bohrgestänge in Verbindung gebracht, während die Vollwelle
den Bohrmeißel trägt. Die Axiallagerung wird vermittels Dichtungen von der Bohrspüllösung getrennt gehalten
und weist einen mit Schmierung ausgefüllten Innenraum auf (s. Urheber schrift Nr. 373 303, veröffentrlicht
am I2.III.I973 im Bulletin "Entdeckungen, Erfindungen,
Geschmacksmuster und Warenzeichen", Nr. 14)· Bei der Einstrombewegungsart der Bohrspüllösung
tritt die ganze Lösung in die Kehrstufenturbine hinein,
in welcher sie unter Entwicklung des Druckgefälles die Welle und den Bohrmeißel in Drehung versetzt. Aus der
Mehrstufenturbine tritt die Bohrspüllösung durch die
1306U/0057
2 9 5 :-· 7 6 2 -J"
Bohrungen im Bohrmeißel heraus. Bei diesem Heraustritt
werden die Abdichtungen des Innenraumes der :....:
Axiallagerung durch das Druckgefälle an den Bohriaei- :. ßelbohrungen zusätzlich beansprucht, was ein .hohos
Tempo der Abnutzung der genannten Abdichtungen v^rur-;'"
sacht. ;
Beim Betrieb erhöhter Dynamik und bei starren Be-/ rührungsoberflachen in den Abdichtungen wird ein» ":
große Menge der Schmierung aue dem Innenraum der Axial lagerung
verbraucht. Des öfteren reicht die Schm. erungsmenge
selbst für den einen Stoßbohrungsgang nicht; aus. Die Steigerung der Betriebssicherheit der Abdichtungen
durch Vergrößerung Ihrer Anzahl gelingt ebenfalls nicht, da "dabei keine vorge ge\>ene Verteilung
des Kontaktdruckes in den Abdichtungen erreicht wird·
Darüber hinaus wird in dem betreffenden Turbinenbohrer solche wichtige Anforderung wie operative Kontrolle
der räumlichen Lage des Bohrmeißels an dez Bohrlochsohle nicht erreicht·
Dieser Nachteil entfällt durch den Aufbau des Turbinenbohrers mit Parallelströmung der Bohrspüllösung,
Der genannte ParallelStrömungsturbinenbohrer besitzt
ein Gehäuse mit öffnung an der Mantelfläche,
eine Mehrstufenturbine und Welle, die mit einer Innenbohrung ausgeführt ist (s. Urheberschrift Nr. 121 102,
veröffentlicht im Bulletin "Entdeckungen, Erfindungen,
Geschmaksmuster und Warenzeichen" Nr. 14 im Jahre 1959,
S, 6). Im Innenraum zwischen dem Gehäuse und der ^eile
sind Radiallagerungen und eine Axiallagerung unter— gebracht.
Durch Anwendung der Welle mit der Innenbohrung wird eine operative Kontrolle der räumlichen Lage des
Bohrmeißels auf der Bohrlochsohle während dee Boh--· rungsvorganges erreicht.
Jedoch verursacht die lmmer|Doch angewendete jLxiallagerung,
die einen mit einer die Schmi^rgelphase enthaltenden
Bohrspüllösung gefüllten Innenraum auf-
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weist, ein. hohes Tempo der Abnutzung.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Turbinenbohrer zu entwickeln, der eine Baugruppe einschließt,
welche den Innenraum der Axiallagerung von der die Schmißrgelphase enthaltenden ßohrspüllösung
mit Sicherheit trennt und durch welche die genannte Axiallagerung unter Betriebsverhältnissen arbeitet,
die eine Erniedrigung des Tempos ihrer Abnutzung siehern.
Die gestellte Aufgabe wird mit Hilfe eines Turbinenbohrers gelöst, der ein Gehäuse mit einer öffnung
an dessen Mantelfläche zum Durchgang der Bohrspüllösung,
eine im Gehäuse untergebrachte Mehrstufenturbine mit einer mit dem Bohrgestänge hydraulisch verbundenen
Eintrittskammer bzw. mit einer Austrittskammer,
die über die öffnung in dem Gehäuse mit dem Ringraum zwischen der Mantelwandung des Gehäuses und
der des Bohrungslochs in hydraulischer Verbindung steht, und eine Welle enthält, die im Gehäuse in Radiallagerungen
und Axiallagerung montiert ist und eine
Innenbohrung besitzt, die mit dem Bohrgestänge und mit einer Übermeißelkammer über den Düsen des Bohrmeißels
in hydraulischer Verbindung steht, in dem erfindungsgemäß
im Ringraum zwischen dem Gehäuse und der Welle Abdichtungen untergebracht sind, die den Innenraum
der Axiallagerung von der Bohrspüllösung trennen·
Durch diese Trennung des Innenraumes der Axial-
^q lagerung von der die Schmi^rgelphase enthaltenden
Bohrspüllösung wird das Abnutzungstempo der Axiallagerung herabgesetzt.
Es empfiehlt sich, zwischen den
Dichtungen der Wellenachse entlang eine Schmierpresse
ae vorzusehen, deren mit Schmierung ausgefüllter Hohlraum mit dem Innenraum der Axiallagerung in Verbindung
steht. Durch Aufrechterhaltung des Schmierungsdrucks zumindest auf der Druckhöhe des Umgebungsmedi-
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ums wird da« Eindring bri der Bohrspüllösung in den
Innenravun der Axiallagerung vermieden.
Zweckmäßigerweise soll eine Dichtung verwendet werden, die zumindest zwei miteinander in Berührung
tretende Dichtungselemente besitzt, eines von welchen im Gehäuse und das andere auf der Hohlwelle montiert
ist. Bei der Berührung dieser zwei Dichtungselemente, von denen das eine unbeweglich bleibt und
das andere sich dreht, wird über die Berührungsfläche eine zuverlässigere Abdichtung zwischen dem Gehäuse
und der Hohlwelle erreicht.
Jedes Berührungselement der Dichtung kann In Form einer Scheibe ausgeführt werden, wodurch die Kompaktheit
der Dichtung in ihrem Aufbau bei deren Verdoppelt lung erreicht und die Herstellung der Dichtung vereinfacht
wird.
Dank der Ausführung zumindest eines der inberührungtretenden
Elemente der Dichtungen aus elastischem Werkstoff kann das Gewicht desselben herabgesetzt
werden, während dessen Vibrationswiderstand steigt.
Diese Ausführung ermöglicht auch die Anwendung eines Kontaktelementes gedrängter Bauweise mit einem
konstantbleibenden, selbstnachstellenden Herandrücken ohne Anwendung einer zusätzlichen, herandrückenden
Vorrichtung.
Eb empfiehlt sich als zweckmäßig, zumindest in
einem der Kontaktelemente Schmierungsdruckregler im Innenraum der Axiallagerung einzubauen.
Durch Anwendung des genannten Schmierungsdruckreglers kann jedes Ansteigen des Drucke in der Schmierung bei
deren Erwärmen im Innenraum der Axiallagerung vermieden
und demzufolge auch der Ausfall der Bauteile der Dichtung während des Betriebes des Turbinenbohrers verhütet
werden·
Zweckmäßigerweise können auch Dichtungen angewendet werden, die aus zumindest drei längs der Wellenachse
hintereinander montierten Kontaktelementen ausge-
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führt werden, die einen geschlossenen Hohlraum bilden,
welcher mit dem Innenraum der Axiallagerung über öl ^en
innerhalb zumindest eines Kontaktelementes untergebrachten
Segler des Drucks in diesem Innenraum in Verbindung steht· Der durch drei Kontaktelemente gebildete,
geschlossene Hohlraum stellt einen Pufferraum dar, durch den das Hinüberfließen der Bohrspüllösung zu
dem Innenraum der Axiallagerung verhindert wird, während der Druckregler eine gleichmäßigere Verteilung
der Kontaktdrücke an den Kontakt element en bewirkt und
im Pufferraum, eine vorgeschriebene Druckgröße aufrechterhalten
läßt. Die genannte Beschaffenheit bringt eine erhöhte Betriebssicherheit der Dichtung
mit sich.
Der Druckregler kann als.ein federbelastetes Kugelventil
mit einer geeichten Druckkraft der Feder ausgeführt werden, wodurch dieser zu einem Dosierungsventil wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand
der Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf beigelegte Zeichnungen näher erläutertJ es zeigen
Fig. 1 und 1'Gesamtansicht des erfindungsgemäßen
Turbinenbohrers, teilweise längsgeschnitten und in zwei Teile eingeteilt, welche längs Linien a - a bzw. a'-a*
verbunden werden;
Fig. 2 einen Teil des erfindungsgemäßen Turbinenbohrers
mit in Form von Kontaktelementen ausgeführten Dichtungen im Längsschnitt;
Fig. 3 einen Teil des erfindungsgemäßen Turbinenbohrers
mit Dichtungen, in welchen die Kontaktelemente Scheiben darstellen,Vaenen ein Teil aus elastischem
Werkstoff hergestellt ist;
Fig. 4 einen Teil des erfindungsgemäßen Turbinenbohrers
mit aus drei hintereinander inberührungtretenden, einen Hohlraum bildenden Elementen ausgeführten
Dichtungen und erfindungsgemäßen Einbau des Druckreglers
in einem der Kontaktelemente.
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2053762 -λ-
Das beste Ausführungsbeispiel der Erfindung
Der erf indungsgemäüße Turbinenbohrer wird in Fig.
1 als JSinsektionenbohrer dargestellt.
Der Turbinenbohrer enthält ein an einem Bohrgestange
2 zu befestigendes und in seiner Mantelfläche eine öffnung 3 zum Austritt der Bohrspüllösung aufweisendes
Gehäuse 1, eine aus Statorteilen 4 und Läufern 5 bestehende Mehrstufenturbine und Welle 6 . '
Die Welle 6 weist eine Innenbohrung 7 auf. Di,e Statorteile
4 sind im Gehäuse 1 und die Läufer 5 auf
der Hohlwelle 6 befestigt. Vor dem Eintritt; für den Flüssigkeitsstrom in die Mehrstufenturbine ist eine
Eintrittskammer 8 und hinter der letzten Stufe der Mehrstufenturbine eine Austrittskammer 9 vorgesehen.
Der Turbinenbohrer ist ebenfalls in Radiallagerungen 10 und Axiallagerung 11 (Pig. 1) gelagert. Die Bauteile
der Axiallagerung 11 bilden einen Innenraum 12·
Die Radiallagerungen 10 dienen der Zentrierung der Hohlwelle 6 im Gehäuse 1, während die Axiallagerung
11 die Axialkräfte des Gehäuses 1 auf die Hohlwelle 6 überträgt. Die Hohlwelle 6 trägt einen Bohrmeißel
13· In dem Bohrmeißel 13 sind Bohrungen 14 zum Ausgang der Bohrspüllösung auf die Bohrlochsohle ausgespart,
über weichen eine Ubermeißelkammer 15 angeordnet ist.
Der Innenraum 12 der Axiallagerung 11 wird von der Bohrspüllösung durch Dichtungen 16 und 17 getrennt·
Zwischen diesen Dichtungen 16 und 17 ist eine Schmierpresse 18 mit ihrer Auffüllbüchse 19 eingebaut· ßi-n rri:^
Schmierung aufzufüllender Bingraum 20 der Schmierpresse
18 steht mit dem Innenraum 12 der Axiallagerung in Verbindung,
Das Bohrgestänge 2 (Pig. 1) weist eine Inrienbohrung
21 auf, die mit der Eintrittskammer 8 und der Innenbohrung 7 der Hohlwelle 6 kommuniziert. Die Austrittskammer 9 steht mit der öffnung 3 in Verbindung, während
die tibermeißelkamraer 15 mit der Innenbohrung 7
der Hohlwelle 6 kommuniziert.
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Zur Befestigung der Stator teile 4 im Gehäuse 1 ist eine Übergangshülse 22 und der Läufer 5 auf der
Hohlwelle 6 eine Mutter 23 vorgesehen.
Die Dichtungen 16 und 17 sind aus zwei inberührungtretenden
Elementen 24 (Fig. 2) und 25 ausgeführt,
eines von denen, und zwar das Element 24 im Gehäuse 1 und das andere - das Element 25 - auf der Hohlwelle 6
befestigt ist.
Über die Auffüllbüchse 19 (Fig. 1) werden die
Innenräume 12 und 20 beispielsweise mit einer Schmierung ausgefüllt.
In Fig. 3 1st ein Ausführungsbeispiel der Dichtungen 16 und 17 dargestellt, nach welchem die inberührungtretenden
Dichtungselemente im Form von Scheiben 26 und 27 hergestellt sind, wobei die Scheiben 26
aus elastischem Werkstoff hergestellt sind.
Es empfiehlt sich, eine aus drei Dichtungselementen bestehende Abdichtung anzuwenden, wie sie Fig. 4
zeigt· Hier werden längs der Wellenachse 6 drei hintereinander inberührungtretende Dichtungselemente 28, 29,
30 montiert, die einen geschlossenen Innenraum 3I bilden.
Innerhalb des Dichtungselementes 29 wird ein Druckregler eingebaut, der ein federbelastetes Kugelventil
32 darstellt.
Der geschlossene Innenraum 3I tritt über das federbelastete
Kugelventil 32 mit dem Innonraum 12 der
Axiallagerung 11 in Verbindung.
Der erfindungsgemäße Turbinenbohrer arbeitet wie folgt.
J eine
Die durchaus der Zeichnung nicht ersichtliche .
Spülpumpe heruntergedrückte Bohrspüllösung tritt im
Bohrgestänge 2 (.Fig. 1 und 1} in die Übergangshülse
22 hinein, in der sie in zwei parallele Strömungswege geteilt wird.
Eine Spüllösungsflut der parallelen Strömung tritt
in die Kintrittskamraer ö und bei ihrem Durchgang durch
die Mehrstufenturbine ein (^entwickelt) Druckgefälle
and f'.f'\ txxxp-X danar-l·
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in üie Austrittβkammer 9 ♦ Hiernach fließt die
betreffende Flut durch die öffnung 3 i& den Ringraum
des Bohrlochs (nicht mitabgebildet>.
Die andere Spüllösungsflut der Par allelströmung
wird durch die Innenbohrung 7 der Hohlwelle 6 in die
UbermeLßelkammer 15 heruntergedrückt und erzeugt dort
ein Druckgefälle an den Bohrungen 14 im Bohrmeißel 13.
Das genannte, an den Bohrungen 14 des Bohrmeißels 13 entwickelte Druckgefälle ist mit dem in der Mehrstuf
entur bine, die aus den Statorteiien 4 und Läufern 5 besteht, entstandenen gleichgroß.
Die läufer 5 versetzen die Hohlwelle 6 und den Bohrmeißel 13 in Drehung.
1.5 Wie Fig. 1 zeigt, wird die Dichtung 16 durch die parallele Aufteilung des Spüllösungsstromes von dem
Druckgefälle an den Bohrungen 14 des Meißels 13 entlastet,
wodurch die Bohrspüllösung unter Umgehung des Innenraumes 12 der Axiallagerung 11 durch die öffnung 3
noch vor der Dichtung 16 herausfließt.
Die Schmierpresse 1Ö gleicht aus bzw. entwickelt einen Gegendruck an beiden Dichtungen 16 und 17, indem
sie dabei das Bindringen der Bohrspüllösung in die Innenräume 12 und 20 verhindert.
Bei Veränderung des Schmierungsdrucks in den Innenräumen 12 und 20 stellen die Druckregler den Druck im
geschlossenen Innenraum 3I unter Sicherung der vorgeschriebenen Verteilung der Kontaktdrücke in den Dichtungen
nach.
Bei eventuellen Vibrationen des Turbinenbohrers sichern die Dichtungen 16 und 17» die aus einem elastischen
Werkstoff hergestellt werden, eine zuverlässige Trennung der Innenräume 12 und 20 von der Bohrspüllösung.
Alle vorgenommenen Maßnahmen gewährleisten einen zuverlässigeren Schutz des Innenraumes der Axiallagerung
gegen die Bohrspüllösung, erlauben eine verlängerte Betriebsdauer
des Turbinenbohrers.
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Außer der Ausführungsvariante des 'Pur b ine nb öhre rs
und dessen Benutzung mit der drehenden Welle kann der Turbinenbohrer auch mit drehendem Gehäuse betrieben werden.
In diesem Fall wird die Welle des Turbinenbohrers
mit dem Bohrgestänge verbunden, während dessen Gehäuse den Bohrmeißel trägt. Die Statorteile spielen jetzt die
Rolle der Läufer und umgekehrt. Es müssen keine ümstellungsarbeiten
dabei durchgeführt werden. :
Die betreffende Ausführung des Turbinenbohrers ermöglicht das Herunterbringen durch die Bohrgestängerohre
und Vfellenbohrung verschiedener Geräte bis auf die
Düsen des Meißels beispielsweise zwecks Bestimmung der Bohrlochsohlenkoordinaten ohne Hochheben des Turbinenöl
5 bohrers, wobei die Möglichkeit erreicht wird, die Messungen
unmittelbar im Beriebsbereich des Meißels durchzuführen.
Industrielle Anwendbarkeit
Der erfindungsgemäße Turbinenbohrer kann beim Bohren
der tiefen Erdöl- und Erdgasbohrlöcher unter schweren,
verwickelten, geologischen Gebirgsverhältnissen sowie beim Bohren von schräggeführten Bohrlöchern seine
Anwendung finden.
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Claims (7)
1. Turbinenbohrer, der ein Gehäuse mit einer öffnung
an der Mantelfläche zum Durchgang der Bohrspüllösung,
eine im Gehäuse untergebrachte Mehrstufenturbine mit einer mit dem Bohrgestänge hydraulisch verbundenen
Eintrittskammer sowie mit einer über die öffnung im Gehäuse
mit dem fiingraum zwischen dem Gehäuse und der Bohrlochwandung in Verbindung stehenden Austrittskammer
und eine im Gehäuse in Radiallagerungen und Axiallagerung
gelagerte undvInnenbohrung aufweisende Welle
enthält, welche Innenbohrung mit dem Bohrgestange und einer Itoermeißelkamrcer über den Düsen im Bohrmeißel hydraulisch
verbunden ist, dadurch gekennz e ic hnet, daß im Ringraum zwischen dem Gehäuse
(1) und der Hohlwelle (6) Dichtungen (16, 17) untergebracht
sind, die den Innenraum (12) der Axiallagerung (11) von der Bohrspüllösung trennen.
2. Turbinenbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Dichtungen
(16, 17) längs der Achse der Welle (6) eine Schmierpresse (1Ö) eingebaut ist, deren mit der Schmierung
auszufüllender Ringraum (20) mit dem Innenraum (12) der Axiallagerung (11) in Verbindung steht.
3· Turbinenbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (16, 17)
zumindest zwei miteinander inberührungtretende Dichtungselemente (24, 25) enthält, von welchen das eine
Element (24) im Gehäuse (1) und das andere Element (25) auf der Hohlwelle (6) befestigt wird.
4. Turbinenbohrer nach Anspruch 3, gekennzeichnet
durch die Ausführung jedes der in berührungtretenden Dichtungselemente in Form einer Scheibe
(26, 27).
5. Turbinenbohrer nach Anspruch 3, g e k e η nzeichnet
durch Ausführung zumindest eines der in berührungtretenden Dichtungselemente (30) aus elastischem
Werkstoff.
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-yr-
6, Turbinenbohrer nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem
der inberührungtretenden Dichtungselemente (29) ein
Regler (32) des Schmierungsdruckes im Innenraum (12)
;j der Axiallagerung (11) eingebaut ist.
7. Turbinenbohrer nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung
zumindest aus drei längs der Achse der Welle (6) hintereinander angeordneten, inberuhrungtretenden Dich-
"0 tungselementen (2ti, 29» 30) besteht, die einen geschlossenen
Innenraum (31) bilden, der über den zumindest in einem der inberuhrungtretenden Dichtungselemente (29)
eingebauten Regler (32) des Drucks im Innenraum (12) der Axiallagerung (11) mit diesem kommuniziert.
ö. Turbinenbohrer nach Anspruch 6, gekennzeichnet
durch die Ausführung des Druckreglers (32) in Form eines federbelasteten Kugelventils.
1306H/0057
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