DE3101052C2

DE3101052C2 -

Info

Publication number: DE3101052C2
Application number: DE19813101052
Authority: DE
Inventors: Hermann Prof. Dr.-Ing. 4350 Recklinghausen De Lautsch
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1981-01-15
Filing date: 1981-01-15
Publication date: 1989-10-12
Also published as: GB2091322B; GB2091322A; DE3101052A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrturbine, insbesondere für Seilkernbohrungen, mit einem eine Bohrkrone tragenden und gegenüber dem das Bohrgestänge bildenden Außenrohr sich drehenden, als Rotor ausgebildeten Innenrohr, das zur Beauf schlagung innerhalb eines Ringraumes beispielsweise mit einer Spülflüssigkeit auf seiner Oberfläche passive Antriebselemente, wie Schaufelräder oder Spiralen, aufweist.The invention relates to a drilling turbine, in particular for Rope core drilling, with a and a core bit compared to the outer tube forming the drill pipe rotating, designed as a rotor inner tube for Beauf striking within an annulus, for example a rinsing liquid on its surface passive Drive elements, such as paddle wheels or spirals.

Bohrturbinen der eingangs genannten Gattung bohren beim Er stellen eines Kernes einen Ringraum frei, und der stehenbleibende Gesteinskern wird im Kernrohr für Untersuchungszwecke zutage gehoben. Die durch Spülflüssig keiten angetriebenen Turbinen haben im Vergleich zum konven tionellen Bohrantrieb den Nachteil, daß sie nur ein geringes Drehmoment aufbringen können (Oil and Gas Journal, November 7, 1955, S. 97-99).Boring turbines of the type mentioned at the outset drill at the Er free a core an annulus, and the standing stone core is in the core tube for Investigation purposes revealed. The through rinsing liquid speed driven turbines compared to conventional tional drilling drive has the disadvantage that it is only a small one Can apply torque (Oil and Gas Journal, November 7, 1955, pp. 97-99).

Demgegenüber hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Bohrturbine zu schaffen, die es auf einfache Weise ermöglicht, das für das Abbohren erforderliche Drehmoment erheblich zu stei gern.In contrast, the invention has the task posed one To create a drilling turbine that makes it easy to to significantly increase the torque required for drilling gladly.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb des Bohrgestänges zwei ineinander angeordnete, sich gegenläufig drehende Rotoren mit entsprechenden passiven Antriebselementen vorgesehen sind.This object is achieved in that within of the drill pipe two arranged in opposite directions rotating rotors with corresponding passive drive elements are provided.

Es erweist sich im Rahmen der Erfindung als besonders vorteil haft, daß die Rotoren mit jeweils einer Bohrkrone versehen sind, wobei mindestens die äußere Bohrkrone ringförmig ausgebildet ist. Ebenso erweist es sich als vorteilhaft, daß die Rotoren an dem der Bohrkrone abgewandten Ende eine durch mehrere über den Umfang verteilt angeordnete, in den durch den Abstand der Rotoren sich ergebenden Ringraum hineinragende Ritzel gebildete Führung auf weisen.It proves to be particularly advantageous in the context of the invention that the rotors are each provided with a drill bit, wherein at least the outer drill bit is annular. It also proves advantageous that the rotors on the the end facing away from the drill bit by several over the circumference distributed, in which by the distance of the rotors themselves resulting pinion projecting pinion formed guide point.

Weitere Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen näher beschrieben.Further advantages of the invention are described in the subclaims described.

Der technische Fortschritt der Erfindung ist im wesentlichen darin begründet, daß die entgegengesetzt rotierenden Turbinen sich in ih rer Wirkung gegenseitig unterstützen und daß eine Rückkopplung der bei den an der Ortsbrust abgegebenen Aktionsmomenten entstehenden Reaktionsmomenten durch Ritzel erfolgt, deren Achsen im nicht rotie renden Vorschubgestänge verlagert sind. Durch die entgegengesetzte Richtung der tangentialen Schneidkräfte werden die durch die tan gentialen Schneidkräfte und den hieraus entstehenden Reaktionskräf ten bewirkten Richtungsänderungen verkleinert.The technical progress of the invention is essentially in it justifies that the counter-rotating turbines in ih support each other and that a feedback of the at the moments of action given at the face Reaction moments occur through pinions, the axes of which do not rotate render feed rods are shifted. By the opposite The direction of the tangential cutting forces are determined by the tan potential cutting forces and the resulting reaction forces changes in direction caused.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen darge stellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawings represents and is explained in more detail below. It shows

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Bohrturbine, teilweise geschnitten, Fig. 1 is a schematic side view of the drilling turbine according to the invention, partly in section,

Fig. 2 einen Schnitt nach den Linien X-X der Fig. 1, Fig. 2 shows a section according to the lines XX of FIG. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach den Linien Y-Y der Fig. 1, und Fig. 3 is a section along the lines YY of Fig. 1, and

Fig. 4 einen Schnitt nach den Linien Z-Z. Fig. 4 shows a section along the lines ZZ .

Die Bohrturbine, die im wesentlichen aus zwei gegeneinander rotie renden Rotoren 2 und 3 besteht, die vom Bohrgestänge 1 umgeben sind, ist in dem in Fig. 1 in einer Seitenansicht dargestellten Ausführungsform in einem im Gebirge 12 niedergebrachten Bohrloch angeordnet. Sowohl der innenliegende Rotor 3, als auch der außen liegende Rotor 2, die miteinander den Ringraum 8 bilden, sind mit sogenannten passiven Antriebselementen auf ihrer Oberfläche be setzt.The drilling turbine, which consists essentially of two mutually rotating rotors 2 and 3 , which are surrounded by the drill string 1 , is arranged in the embodiment shown in a side view in FIG. 1 in a borehole drilled in the mountains 12 . Both the inner rotor 3 and the outer rotor 2 , which together form the annular space 8 , are so-called passive drive elements on their surface.

Wie in dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 zu ersehen ist, handelt es sich bei den Antriebselementen um Spiralen 4, 5, die so auf den Rotoren 2, 3 angebracht sind, daß sich diese unter Einwir kung einer unter Druck niedergebrachten Spülflüssigkeit jeweils in entgegengesetzter Richtung drehen.As can be seen in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3, the drive elements are spirals 4, 5 , which are mounted on the rotors 2, 3 in such a way that they each act under the action of a flushing liquid brought under pressure turn in the opposite direction.

An dem dem Bohrlochtiefsten abgewandten Ende sind die Rotoren 2, 3 auf Ritzeln 14 gelagert, deren Achsen 16 in Halterungen 15 gelagert sind, die mit dem sich nicht drehenden Bohrgestänge 1 fest verbunden sind. Durch die Lagerung der Rotoren 2, 3 auf den Ritzeln 14, die über den Umfang verteilt angeordnet sind, unterstützen sich, wie aus der Fig. 2 zu entnehmen ist, wo durch Pfeile die Drehrichtungen an gegeben sind, die Rotoren 2, 3 in ihrer Drehrichtung.At the end facing away from the deepest hole of the borehole, the rotors 2, 3 are mounted on pinions 14 , the axes 16 of which are mounted in brackets 15 which are firmly connected to the non-rotating drill pipe 1 . The bearings of the rotors 2, 3 on the pinions 14 , which are arranged distributed over the circumference, support, as can be seen from FIG. 2, where the directions of rotation are indicated by arrows, the rotors 2, 3 in their Direction of rotation.

Sowohl der innere Rotor 3, als auch der äußere Rotor 2 sind mit einer Bohrkrone 6 bzw. 7 ausgerüstet. In dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel, insbesondere nach Fig. 1, handelt es sich um eine Bohrkrone, die zum Freibohren eines Ker nes erforderlich ist. Es ist jedoch auch vorstellbar, daß auch ein Meißelbohrkopf über diese Bohrturbine angetrieben werden kann. Die Bohrkrone 6 und auch die Bohrkrone 7, die in entgegengesetzten Richtungen entsprechend den Rotoren 2, 3 sich drehen, sind jeweils ringförmig ausgebildet. Das Spülmittel, das die Rotoren 3, 2 über die Spiralen 4, 5 antreibt, wird über die Ringräume 8, 9 in Rich tung auf das Bohrlochtiefste 13 geführt, wobei sich der Druck durch die Abgabe der Energie an die Spiralen 4, 5 im Bereich der Bohrkrone 6, 7 vermindert. Die Flüssigkeit wird über den Ringraum 8 im Bereich der Bohrkrone 6, 7 über die Bohrungen 22 bzw. 23 durch die Bohrkrone 6, 7 hindurchgeführt und fördert auf dem Rück weg, wie die Pfeile im Bereich der Bohrkrone 6, 7 wiedergeben, das Bohrklein über den Ringraum 10, der durch das Bohrgestänge 1 und die Bohrlochwandung 11 gebildet wird, zutage.Both the inner rotor 3 and the outer rotor 2 are equipped with a drill bit 6 or 7 . In the embodiment shown in the drawings, in particular according to FIG. 1, it is a drill bit that is required for drilling a core. However, it is also conceivable that a chisel drilling head can also be driven via this drilling turbine. The drill bit 6 and also the drill bit 7 , which rotate in opposite directions corresponding to the rotors 2, 3 , are each annular. The flushing agent, which drives the rotors 3, 2 via the spirals 4, 5 , is guided over the annular spaces 8, 9 in the direction of the deepest hole 13 , the pressure resulting from the transfer of energy to the spirals 4, 5 in the region the drill bit 6, 7 reduced. The liquid is passed through the annular space 8 in the area of the drill bit 6, 7 through the bores 22 and 23 through the drill bit 6, 7 and on the way back, as the arrows in the area of the drill bit 6, 7 represent , convey the cuttings over the annular space 10 , which is formed by the drill pipe 1 and the borehole wall 11 , comes to light.

Zwischen den Bohrkronen 6, 7 wird ein Ringraum 25 gebildet, der erforderlich ist, um ein gleichmäßiges Abführen des Bohrkleins bzw. der Spülflüssigkeit zu gewährleisten. Wenn beispielsweise zwischen der äußeren Bohrkrone 7 und der Bohrlochwandung 11 keine Durch flußmöglichkeit besteht, so wird die Flüssigkeit über den Zwi schenraum 25 und die Bohrungen 24 abgeführt. Der Ringraum 8 weist der Bohrkrone 6, 7 nachgeschaltet und rechtwinklig zur Vortriebs richtung, die durch den Pfeil A wiedergegeben ist, Öffnungen 20 auf. In der gleichen Richtung und in der gleichen Ebene weist der Ringraum 9 in Richtung auf die Bohrlochwandung 11 Öffnungen 21 auf. Die Öffnungen 21 weisen einen größeren Querschnitt auf als die Öffnungen 20. Die Öffnungen gewährleisten, daß die Flüssigkeit, wenn die Bohrungen 22, 23 verstopft sind, abgeführt werden können. Da im Bereich des Ringraums 9 durch die aus dem Ringraum 8 eintre tende Flüssigkeit bei Verstopfung zusätzliche Flüssigkeit hinzuge rechnet werden muß, ist die Öffnung zum äußeren Ringraum 10 noch größer im Querschnitt, da sonst ein Rückstau über die Ringräume 8, 9 zu erwarten ist und somit die Funktion der Turbine nicht gewährlei stet werden kann. Im Bereich der Bohrkrone 6, 7 sind die Roto ren 2, 3 durch Führungslager in Form von Gleitlagern 17 gela gert. Um eine stabile Lage der Rotoren 2, 3 zu gewährleisten, weist der äußere Rotor 2 im Übergang zur äußeren Bohrkrone 7 eine besondere Lagerfläche 18 auf. Gegenüber dieser Lagerfläche 18 sind an dem Bohrgestänge 1 Dichtungen 19 angeordnet. Die in nere Bohrkrone 6 ist gegenüber der äußeren Bohrkrone 7 ebenfalls drehbar gelagert, wie das durch die Lager 26 in Fig. 1 angedeu tet ist.An annular space 25 is formed between the drill bits 6, 7 , which is required to ensure uniform removal of the cuttings or the rinsing liquid. For example, if there is no through-flow possibility between the outer drill bit 7 and the borehole wall 11 , the liquid is discharged via the intermediate space 25 and the bores 24 . The annular space 8 has the drill bit 6, 7 connected downstream and at right angles to the direction of advance, which is represented by the arrow A , openings 20 . In the same direction and in the same plane, the annular space 9 has openings 21 in the direction of the borehole wall 11 . The openings 21 have a larger cross section than the openings 20 . The openings ensure that the liquid can be removed when the bores 22, 23 are blocked. Since in the area of the annular space 9 by the liquid entering the annular space 8, additional liquid must be added in the event of blockage, the opening to the outer annular space 10 is even larger in cross-section, since otherwise a backflow via the annular spaces 8, 9 can be expected and thus the function of the turbine cannot be guaranteed. In the area of the drill bit 6, 7 , the Roto ren 2, 3 are gela by guide bearings in the form of slide bearings 17 . In order to ensure a stable position of the rotors 2, 3 , the outer rotor 2 has a special bearing surface 18 in the transition to the outer drill bit 7 . Opposite this bearing surface 18 1 seals 19 are arranged on the drill string. The inner drill bit 6 is also rotatably supported relative to the outer drill bit 7 , as indicated by the bearing 26 in FIG. 1.

In dem Schnitt nach den Linien Y-Y ist in Fig. 3 dargestellt, wie die Rotoren 2, 3 gegenüber dem Bohrgestänge 1 im Bereich hinter der Bohrkrone 6, 7 gelagert sind.In the section according to the lines YY 3 is shown in Fig., As the rotors 2, 3 are mounted over the drill pipe 1 in the area behind the drill bit 6, 7.

In Fig. 4 ist nach den Linien Z-Z in einem Ausführungsbeispiel die Anordnung der Bohrungen 22, 23, 24 wiedergegeben, welche zur Abfüh rung der Spülflüssigkeit und des Bohrkleins erforderlich sind. Die Bohrturbine, wie sie in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs beispielen beschrieben ist, ist aufgrund der entgegengesetzten Richtung der tangentialen Schneidkräfte sehr gut geeignet für flözgängige Bohrungen. In derartigen Fällen bei der Forderung der Flözgängigkeit einer Bohrturbine ist es zweckmäßig, diese nach den bekannten Prinzipien der flözgängigen Bohrtechnik auszubilden. In Fig. 4, the arrangement of the holes 22, 23, 24 is shown according to the lines ZZ in an embodiment, which are necessary for the removal of the flushing liquid and the cuttings. The drilling turbine, as described in the execution examples shown in the drawings, is very well suited for seams due to the opposite direction of the tangential cutting forces. In such cases, when a seam turbine is required to be able to run, it is expedient to design it according to the known principles of seam technology.

1 Bohrgestänge
2 Rotor
3 Rotor
4 Spiralen
5 Spiralen
6 Bohrkrone
7 Bohrkrone
8 Ringraum
9 Ringraum
10 Ringraum
11 Bohrlochwandung
12 Gebirge
13 Bohrlochtiefste
14 Ritzel
15 Halterungen
16 Achsen
17 Führungslager
18 Lagerfläche
19 Dichtung
20 Öffnung
21 Öffnung
22 Bohrung
23 Bohrung
24 Bohrung
25 Zwischenraum
26 Lager 1 drill pipe
2 rotor
3 rotor
4 spirals
5 spirals
6 core bit
7 core bit
8 annulus
9 annulus
10 annulus
11 borehole wall
12 mountains
13 deepest holes
14 sprockets
15 brackets
16 axes
17 guide bearings
18 storage space
19 seal
20 opening
21 opening
22 hole
23 hole
24 hole
25 space
26 bearings

Claims

1. drilling turbine, in particular for cable core bores, with a drill bit bearing and rotating relative to the outer pipe bil denden outer tube rotating, designed as a rotor inner tube, for example, with a flushing liquid on the surface of the drive elements, such as paddle wheels, for application within a ring space or spirals, characterized in that within the drill pipe ( 1 ) two nested counter-rotating rotors ( 2, 3 ) with corresponding passive elements ( 4, 5 ) are provided.

2. Drilling turbine according to claim 1, characterized in that the ro gates ( 2, 3 ) are each provided with a drill bit ( 6, 7 ), where at least the outer drill bit ( 7 ) is annular.

3. Drilling turbine according to claim 1, characterized in that the rotors ( 2, 3 ) at the end facing away from the drill bit ( 6, 7 ) one by several distributed over the circumference, in which by the distance of the rotors ( 2, 3 ) resultant annular space ( 8 ) protruding pinions ( 14 ) formed guide.

4. Drilling turbine according to claim 1, characterized in that the axes ( 16 ) of the pinion ( 14 ) within the drill string ( 1 ) are mounted on orderly brackets ( 15 ).

5. drilling turbine according to claim 1, characterized in that inter mediate the rotors ( 2, 3 ) at a short distance from the drill bit ( 6, 7 ) guide bearings in the form of plain bearings ( 17 ) are provided.

6. Drilling turbine according to claim 1, characterized in that the outer rotor ( 2 ) is mounted to form a special bearing surface ( 18 ) at the end in the drill bit ( 6, 7 ) opposite the drill string ( 1 ).

7. drilling turbine according to claim 1, characterized in that of the annular space ( 8 ) formed by the rotors ( 2, 3 ) and of the annular space ( 9 ) formed by the rotor ( 2 ) and the drill rod ( 1 ) as a connection to the the drill pipe ( 1 ) with the borehole wall ( 11 ) formed annular space ( 10 ) perpendicular to the driving direction and openings ( 20, 21 ) are provided in the same plane, the outer opening having a larger cross section.

8. Drilling turbine according to claim 1, characterized in that the annular space ( 8 ) arranged between the rotors ( 2, 3 ) in the region of the drill bit ( 6, 7 ) has a plurality of bores ( 22, 23 ) through the drill bit ( 6, 7 ) . 24 ).

9. drilling turbine according to claim 8, characterized in that the bores ( 22 ) in the axial extension of the annular space ( 8 ) in the rotor ( 3 ) connected to the drill bit ( 6 ) in the direction of the deepest hole ( 13 ) are arranged extending.

10. Boring turbine according to claim 8, characterized in that the bores ( 23 ) from the annular space ( 8 ) in the direction of the borehole deep ( 13 ) in the annular drill bit ( 7 ) are arranged to extend.

11. Boring turbine according to claim 1, characterized in that from the between the drill bits ( 6, 7 ) formed intermediate space ( 25 ) bores ( 24 ) in the between the borehole wall ( 11 ) and Bohrge rods ( 1 ) formed annular space ( 10 ) are provided .