DE2953762T5 - Turbo-drill - Google Patents

Description

TURBINENBOHRER
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

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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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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 Boh^ren 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)

21J b 3 7 6 PATENT ANSPEUCHE :

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 und^vInnenbohrung 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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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.

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