DE3140144A1

DE3140144A1 - Hydraulischer ruettler

Info

Publication number: DE3140144A1
Application number: DE19813140144
Authority: DE
Inventors: Harold Kent 73533 Duncan Okla. Beck
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1980-10-14
Filing date: 1981-10-09
Publication date: 1982-05-27
Also published as: AU547155B2; IT1139549B; NL8104421A; NO813322L; CA1160212A; IT8124498A0; NL8802594A; AU7624981A; BR8106604A; US4346770A; DE3140144C2; GB2085054B; GB2085054A

Description

PATENTANWALT!·: Dipl.-Phys. JÜRGEN WFlSSE ■ Dipl.-Chcm. Dr. RUDOLF WOLGAST

BÖKENBUSCH41 · 0 562OVKLBIiKTlI-LANGHNBKRG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 ■ Telex: 8516895

Patentanmeldung

Halliburton Company, Duncan, Oklahoma, USA Hydraulischer Rüttler

Die Erfindung betrifft einen hydraulichen Rüttler zur Verwendung in Bohrlöchern, bestehend aus einem Außenmantel, aus einem innerhalb des Außenmantels in Längsrichtung gleitbeweglichen Stößel und aus durch den Außenmantel und den Stößel bestimmten, Druckmittel enthaltenden Kammern.

Bei vielen in Ölbohrungen ausgeführten Arbeiten wendet der Ausführende verschiedene Werkzeuge oder andere Gegenstände an, die nicht ohne weiteres durch das Bohrloch bewegbar sind. Dieses Problem erweitert sich bei. abknickenden Bohrlöchern, bei denen zu dem Gewicht eines Werkzeugstrangs der Winkel des Bohrlochs dazukommt. In einigen Fällen klemmt sich der Rohrstrang im Bohrloch fest, wodurch weitere Operationen unmöglich werden, bis man den Rohrstrang wieder freibekommt. Um den Rohrstrang im Falle seines Festklemmens freizubekommen, werden in Rohrsträngen im allgemeinen Rüttelinstrumente oder "Rüttler" verwendet.

Bekannte hydraulische Rüttler (US-PS 3 399 740 und 3 429 389) verwenden im allgemeinen einen Stößel in einem Außenmantel, zwischen denen sich in verschiedenen, untereinander in Verbindung stehenden Vorratskammern ein Druckmittel befindet. Wenn· auf den Stößel eine ziehende Kraft ausgeübt wird, verschiebt sich Druckmittel zwischen den Vorratskammern gegen einen

hohen Widerstand, so daß die Bewegung des Stößels gehemmt wird. Wenn der Stößel einen bestimmten Punkt seines Stellweges erreicht hat, wird das Druckmittel umgeleitet, was zu einer plötzlichen, kraftvollen Bewegung des Stößels gegenüber dem Mantel führt. Ein Hammerglied an dem Stößel stößt dann auf ein Ainboßglied des Mantels, wodurch eine beträchtliche Rüttelkraft im Rohrstrang erzeugt wird. Wiederholtes Hin- und Herbewegen des Stößels im Mantel reicht im allgemeinen aus, den Rohrstrang in dem Bohrloch freizubekommen. Diese bekannten Rüttler haben jedoch eine Anzahl von Nachteilen. Ohne einen Ersatz von Teilen und eine Neumontage können damit keine zahlreichen Wiederholungen ausgeführt werden. Darüberhinaus können die Rüttler durch in das Druckmittel eindringende Bohrlochflüssigkeiten nachteilig beeinflußt werden. Weiterhin wechselt die mit diesen Rüttlern erzielbare Stoßkraft über eine Anzahl von Wiederho²-]ungen. Weiterhin wird zwischen Stößel und Mantel keine gleitfähige, elastische Dichtung verwendet; dies ist wünschenswert, da dann vor der Umleitung ein höherer Druck aufgebaut werden kann, der aber wegen des Aufbaus der Umleitung, der die Zerstörung der Dichtung fördern würde, nicht mit Erfolg angewendet werden kann. Schließlich können die bekannten Rüttler nicht an der Arbeitsstelle neu montiert werden, sondern müssen in eine Werkstatt gebracht werden.

Ein anderer hydraulischer Rüttler der oben erörterten Art (US-PS 4 196 782) arbeitet mit einer Wirbel-Zumeßdüse zur anfänglichen Drosselung des Druckmittelflusses. Wenn eine solche Zumeßdüse auch mehr Beständigkeit des Druckmittelflusses bewirkt, so läßt die Art der Befestigung der Düse in der Einrichtung viel zu wünschen übrig, denn es gibt keine Siebanordnung, die das Verstopfen der Düse durch Partikel im Druckmittel verhindert, und die Düse ist offenbar mit Klebstoff befestigt, der die Düse bei der Montage des Gerätes verstopfen kann. Weiterhin ist der Bypass für das Druckmittel nur eine vergrößerte Bohrung im

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Mintel, was wiederum die Verwendung einer gleitfähigen, elastischen Dichtung zwischen Stößel und Mantel verhindert, die durch die Kraft des umgeleiteten Druckmittels und die Rückwirkung des Stößels beschädigt wird. Die Verwendung einer Dichtung zwischen Stößel und Mantel ist angezeigt, doch wird eine solche Dichtung . offensichtlich nach mehreren Hin- und Herbewegungen des Rittlers abnutzen und Leckverluste an der Zumeßdüse ermöglichen, wodurch der nötige hohe Druckaufbau vor der Umleitung verhindert w.rd, der während der nachfolgenden Vorbeibewegung des Stößels zu der erforderlichen großen Kraft führt=

Hydraulische Rüttler von verhältnismäßig komplexem Aufbau (US-PS 4 023 630 und 4 200 158) arbeiten genauer, jedoch wegen der großen Anzahl der verwendeten einzelnen Bauteile und Dichtungen auf Kosten der langfristigen Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit» Darüberhinaus verbietet die Komplexität dieser Rüttler eine einfache Wartung und Wiedermontage auf dem öl feld.

D;e Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen einfach aufgebauten, aber auch über längere Zeiten zuverlässig arbeitenden Rittler der eingangs genannten Art zu schaffen=

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Rüttler gelöst, der gekennzeichnet ist durch eine im Außenmantel längs verlaufende Umleitung für das Druckmittel, eine Zumeßeinrichtung für das Druckmittel an dem Stößel und die Zumeßeinrichtung umgebende, gleitfähige Dichtmittel aus einer an einem Metallring abgestützten elastischen Dichtung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet»

Der erfindungsgemäße hydraulische Rüttler verwendet eine Druckmittel-SSmneßeinrichtung mit Wirbeldüse. Anstelle einer

bloßen Vergrößerung der Mantelbohrung umfaßt der Druckmittel-Bypass zwischen .Stößel und Mantel sich in Längsrichtung erstreckende, halbkreisförmige Nuten. Die Wirbeldüsen-Zumeßeinrichtung verwendet eine mechanische Befestigung für die Zumeßdüse und ein dieser zugeordnetes Sieb, wodurch die Notwendigkeit eines Klebstoffes beim Zusammenbau vermieden wird. Darüberhinaus wird an der Zumeßeinrichtung zwischen Stößel und Mantel eine neue Dichtungseinrichtung verwendet, die für eine wesentlich längere Lebensdauer der Dichtungen sorgt, als es bisher möglich war. Zudem sichert diese Dichtungseinrichtung selbst im Fall einer Zerstörung des elastischen Dichtungsteils oder eines Verlustes von Druckmittel den Betrieb des Werkzeugs. Trotz der oben aufgezählten bedeutenden Vorteile hat der erfindungsgemäße Rüttler einen verhältnismäßig unkomplizierten Aufbau, der Langzeitbeständigkeit und Wiederholbarkeit der Ergebnisse ermöglicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt und wird nachstehend an Hand der Bezugszeichen im einzelnen erläutert und beschrieben. Es zeigen

Fig. 1A bis 1E eine Schnittansicht des

hydraulischen Rüttlers nach der Erfindung in ausgefahrener Stellung,

Fig. 2A bis 2E eine Schnittansicht des Rüttlers

nach Fig. 1A-1E in voll zurückgezogener oder Rüttelstellung,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht der Zumeßeinrichtung in dem Rüttler nach Fig. 1A-1E,

Fig. 4 einen radialen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 1,

Fig. 5 einen radialen Querschnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 1.

Fig. 1A bis 1E, 4 und 5 zeigen einen hydraulischen Rüttler 10 mit einem Außenmantel 12, in dem eine Stößelanordnung 90 gleitbeweglich angeordnet ist. Der Bereich zwischen dem Außenmantel 12 und der Stößelanordnung 90 ist mit einem Druckmittel wie DC-200 Silikonöl gefüllt.

Der Außenmantel 12 bildet ein mit Keilnuten versehenes Gehäuse 14' π it einer oberen Bohrung, deren Wandung mit 28 bezeichnet ist. In einer Ringnut 16 in der Bohrungswandung 28 ist ein O-Ring aufgenommen, unter dem eine lange obere Ringnut 20 vier 0-Ringe und eine untere lange Ringnut 24 vier 0-Ringe 26 aufnimmt. Am unteren Ende der "oberen Bohrungswandung 28 befindet sich eine obere Vorratskammer 30, die im Bereich 32 neben der Bohrungs-■wandung 28 einen verringerten Durchmesser hat. Die Außenseite des mit Keilnuten versehenen Gehäuses 14 und die obere Vorratskammer 30 verbindet im Bereich 32 eine Einfüllöffnung 34, deren äußeres Ende mit Gewinde versehen ist. In die Einfüllöffnung 34 ist ein Druckmittelstopfen 36 mit einem aufliegenden 0-Ring eingeschraubt. Unterhalb der oberen Vorratskammer 30 hat · d is mit Keilnuten versehene Gehäuse 14 eine Mehrzahl von sich i-i Längsrichtung erstreckenden Keilnuten 40, die durch Wände bestimmt sind und in Kanten 38 enden, die den klexnstmöglichen Durchmesser des mit den Keilnuten 40 versehenen Bereiches bestimmen. Wie Fig. 5 zeigt, werden sechs in gleichmäßigradialem Abstand angeordnete Keilnuten 40 verwendet.

Das mit Keilnuten 40 versehene Gehäuse 14 ist bei 42 mit einem oberen Mantel 4 8 verschraubt, wobei die beiden Bauteile durch O-Ringe 44 gegeneinander abgedichtet sind. Das untere Ende des mit Keilnuten 40 versehenen-Gehäuses 14 umfaßt eine als Amboßglied 4 6 bezeichnete abgeschrägte Ringfläche. Der obere Mantel 48 hat zunächst einen eine Zwischenkammer 50 bestimmenden ersten Innendurchmesser 49, die an ihrem unteren Ende in einer Ringschulter 52 endet, die zu einem verringerten Innendurchmesser 53 führt. Ein unterer Mantel 58 ist bei 54 mit dem oberen Mantel 4 8 verschraubt, wobei beide durch einen O-Ring 56 gegeneinander abgedichtet sind. Der untere Mantel 58 bestimmt eine Zumeßkammer 60 mit einem Durchmesser 61, deren oberes Ende längliche Bypass-Nuten 62 mit halbkreisförmigem Durchmesser aufweist. Wie Fig. 4 zeigt, werden vier Bypass-Nuten 62 verwendet. Eine Einfüllöffnung 63 in der Wandung des unteren Mantels 58 ist durch einen unteren Druckmittelstopfen 64 verschlossen. Der untere Mantel 58 ist bei 68 mit einem untere ι Anschlußglied 70 verschraubt, und die Teile sind mit einem O-Ring 72 gegeneinander abgedichtet. Das untere Anschlußglied /0 hat bis zu einer nach innen abgeschrägten Schulter 76 einen gleichförmigen Durchmesser 74, die zu einem Bereich 78 verringerten Durchmessers führt, der die Bohrung 134 bestimmt. Der Bereich 78 führt zu einer nach außen abgeschrägten Ringfläche 80. Die Außenseite des unteren Anschlußgliedes 70 ist mit Gewinde 82 versehen, um den hydraulischen Rüttler 10 mit einem Rohr oder anderen Instrumenten oder Gegenständen in dem Rohrstrang zu verbinden, von dem der hydraulische Rüttler einen Teil bildet, wobei zur Abdichtung zwischen dem hydraulischen Rüttler 10 und dem nächsttieferen Rohrstrangbauteil ein O-Ring 84 verwendet wird.

Die in Längsrichtung in dem Außenmantel 12 gleitbeweglich angeordnete Stößelanordnung 90 umfaßt ein oberes Verbindungsglied mit Innengewinde 94 am oberen Ende, durch das der hydraulische Rüttler 10 mit anderen Instrumenten oder Rohrteilen über ihm in

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Rohrstrang verbunden werden kann» Das obere Verbindungsglied 92 ist bei 98 mit Gewinde versehen und stößt bei 97 auf einen ' Stößel 100, wobei beide Bauteile durch einen O-Ring 95 gegeneinander abgedichtet sind. Der Stößel 100 hat eine gleichförmige Bohrung 102, die im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Bohrung 96 des oberen Verbindungsgliedes 92 hat. Der Stößel 100 hat eine im wesentlichen gleichförmige Außenfläche 104 von seinem oberen Ende bis zu einem Bereich 105, der einen verringerten Durchmesser hat» Die Außenfläche 104 hat einen nur geringfügigen kleineren Durchmesser als die Innenwandung 28 des mit Keilnuten 40 versehenen Gehäuses 14, so daß diese Teile mit den O-Ringen 18,22 und 26 gegeneinander abgedichtet sind. Ausgehend vom Bereich 105 mit verringertem Durchmesser erstrecken sich in Längsrichtung Keile 106, die zu den Keilnuten 40 in dem Gehäuse 14 ausgerichtet sind. Der größte Durchmesser der sechs in Fig. 4 gezeigten Keile 106 ist geringfügig kleiner als der der Keilnuten 40« Unterhalb der Keile 106 befindet sich ein ringförmiges Hammerglied 108 mit einer vorlaufenden Fläche 110, die unter einem, dem des Amboßgliedes im wesentlichen gleichen Winkel abgeschrägt ist. Die Unterkante des Hammergliedes 108 liegt an der Ringschulter 52 im oberen Mantel 48 an„ wenn sich der hydraulische Rüttler 10 in der in Fig. 1A bis 1E gezeigten, eingefahrenen Stellung befindet. Unterhalb des Hammmergliedes 108 erstreckt sich die Außenfläche 1.12 des Stößels 100 gleichförmig bis zu dessen unterem Ende. Zwischen der Außenfläche 112 des Stößels 100 und der Innenwandung des oberen Mantels 48 besteht ein Ringspalt 113. Ein unterer Stößel 120 ist bei 116 mit dem Stößel 100 verschraubt und mit O-Ringen 114 gegen ihn abgedichtet. Eine obere Außenfläche 119 des unteren Stößels 120 hat gegenüber der Außenfläche 112 des Stößels 100 und einer unteren Außenfläche 126 des unteren Stößels 120 verringerten Durchmesser= In diesem Bereich verringerten Durchmessers ist eine Zündeinrichtung 200 angeordnet und auf eine Weise zwischen dem unteren Ende 118 des Stößels und einer Radialschulter 124 des unteren Stößels 120 in einer Stellung gehalten, die im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher beschrieben wird. Die untere Außenfläche 126 des unteren

Stößels 120 hat im wesentlichen gleichförmigen Durchmesser, der yeringfügig kleiner ist a]s der Innendurchmesser 74 des unteren Anschlußgliedes 70, um einen Ringspalt 74 dazwischen freizulassen. Ein in Längsrichtung kurzer Bereich 128 am untersten Ende des unteren Stößels 120, der von der unteren Außenfläche 126 abgesetzt ist, endet in einer radial ebenen Stirnfläche 130. Durch den unteren Stößel 120 und den Stößel 100 verläuft eine Bohrung 132 mit gleichförmigem Durchmesser, die mit einer Bohrung 134 durch das untere Anschlußglied 70 in Verbindung steht.

An der unteren Außenfläche 126 des unteren Stößels 120 ist ein Ausgleichskolben 140 gleitbeweglich angeordnet, an dessen in Längsrichtung oberer Seite sich eine untere Vorratskammer 142 und an dessen in Längsrichtung unterer Seite sich eine Ausgleichskammer 144 befindet. Die Ausgleichskammer 144 steht mit den Bohrungen 132 und 134 und somit durch den Ringspalt 127 mit dem Umgebungsdruck in dem Rohrstang in Verbindung.

In Verbindung mit Fig. 3 werden die Zumeßeinrichtung 200 und die umgebenden Bauteile des hydraulischen Rüttlers 10 näher beschrieben. Wie schon erwähnt, wird die Zumeßeinrichtung 200 zwischen dem unteren Ende 118 des Stößels 100 und der Radialschulter des unteren Stößels 120 an der oberen Außenfläche 119 des unteren Stößels 12O gehalten. Die Zumeßeinrichtung 200 und der untere Stößel 120 werden durch O-Ringe 218 gegeneinander abgedichtet.

Die Zumeßeinrichtung 200 umfaßt ein Gehäuse 202, in dem eine Zumeßdüse 204 (Wirbeldüse "Lee Visco Jet", Lee Company, 2 Pettipaug Road Westbrook, Connecticut; US-PS 3 323 550) angeordnet ist. Wenn auch nur eine Zumeßdüse 204 dargestellt ist, so können doch mehrere eingesetzt werden; in dem Ausführungsbeispiel sind zwei solche diametral gegenüberliegende Düsen in dem Gehäuse 202.

angeordnet. Die Zumeßdüse 204 ragt in einen Längskanal 206 im Gehäuse 202, der wiederum mit einem Radialkanal· 208 in Verbindung steht, der zu einem hinterschnittenen Bereich 209 an dem Gehäuse 202 führt, wodurch ein sich in Längsrichtung

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erstreckender Ringkanal 210 zwischen dem unteren Stößel 120 an dessen oberer Außenfläche 119 und dem hinterschhittenen Bereich 209 entsteht. Der Ringkanal 210 steht mit einem gedrosselten Ringkanal 211 in Verbindung. Vom Ringkanal 210 verläuft ein Radialkanal 212 zu einer ringförmigen v-förmigen Kerbe 214, in der ein O-Ring 216 angeordnet ist. Die Kerbe 214 steht über einen Ringspalt 217 mit dem darüber liegenden Bereich in Verbindung. Eine Dichtung 228 von quadratischem Querschnitt ist an der Außenseite 219 des Gehäuses 202 angebracht und stößt auf eine Radialfläche 215. Das untere Ende der Dichtung trifft auf eine Radialfläche 227 eines abstützenden Metallrings 226, der einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt hat. Der Metallring 226, der aus Messing bestehen kann, trifft wiederum auf eine nach außen abgeschrägte Fläche 224 einer Dichtungshalterung 220, die bei.222 mit dem Gehäuse 202 verschraubt ist. Der Innendurchmesser der Dichtungshalterung 220 bildet mit dem gedrosselten Ringkanal 211 einen fortlaufenden Ringspalt, der mit einem Radialkanal im unteren Ende der Dichtungshalterung 220 in Verbindung steht« Auf diese Weise ist es offensichtlich, daß das Druckmittel von der Zurneßkammer 60 durch die Zumeßdüse 204, den Radialkanal 208, den Ringkanal 210, den gedrosselten Ringkanal 211 in den Ringspalt und den Radialkanal 225 im unteren Ende der Dichtungshalterung 220 und nachfolgend in die untere Vorratskammer 142 gelangen kann. Die untere, äußere Radialausdehnung der Dichtungshalterung hat einen verringerten Durchmesser, um in der eingefahrenen Stellung des hydraulischen Rüttlers 10 einen Ringkanal zum Auffüllen der Vorratskammer 142 durch die Öffnung 63 zu schaffen. Die Zumeßeinrichtung 2OO ist unter Vorspannung durch eine Tellerfeder 240 mechanisch an dem unteren Stößel 120 angebracht. An der Tellerfeder befindet sich eine Siebhalterung 242 mit einem Durchgang 244, der mit einem {nicht numerierten) Sieb an der Eingangsöffnung der Zumeßdüse 204 in Verbindung steht. Da die Zumeßeinrichtung 200 zwischen dem Stößel 100 und dem unteren Stößel 120 gehaltert ist, bewirkt die Vorspannung der Tellerfeder 240 nicht nur eine zwangsläufige mechanische Halterung der gesamten Zumeßeinrichtung und auch des Zumeßdüsensiebes, sondern vermeidet auch vollständig die Verwendung von Klebstoffen bei der Düsen- und Siebhalterung,

die nicht nur nach einer längeren Zeitspanne in ihrer Wirkung nachlassen, sondern auch ein Verstopfen der Düsen verursachen können, wenn während der Montage zu viel Klebstoff verwendet wird.

Der in Fig. 3 detaillierter als in Fig. 1D gezeigte Ausgleichskolben 140 hat O-Ringe 154 und 160 in teflcngefüllten Stützringen 150 und 152 bzw. 156 und 158, die eine erhöhte Abdichtung und eine längere Lebensdauer der O-Ringe 154, 160 am Ausgleichskolben 140 bewirken.

Wie schon erwähnt, ist der Bereich zwischen dem Außenmantel und der Stößeleinrichtung 90 mit Druckmittel gefüllt. Die obere Vorratskammer 30, die Zumeßkammer 60 und die untere Vorratskammer stehen untereinander in Verbindung, wobei während des Betriebs des Rüttlers 10 eine festcrelegte ölinenge zwischen den verschiedenen Ammern hin- und hergefördert wird. Selbstverständlich haben alle Kammern ein wechselndes Volumen in Abhängigkeit von der Verstellung der Stößeleinrichtung 90, jedoch bleibt das Gesamtvolumen aller Kammern und Verbindungskanäle bei dem jeweiligen Druck im Rohrstrang und bei der jeweiligen Bohrlochtemperatur konstant.

Der vorstehend beschriebene hydraulische Rüttler 10 arbeitet wie folgt:

Fig. 1A bis IE zeigen den hydraulischen Rüttler 10 in eingefahrener Stellung, d.h. vor Beginn des Rüttelvorgangs. Fig. 2A bis 2E zeigen den hydraulischen Rüttler 10 in dem Augenblick, in dem die Rüttelkraft erzeugt wird.

Für die Darstellung der Arbeitsweise des hydraulischen Rüttlers wird angenommen, daß ein Teil des Rohrstrangs unterhalb des hydraulischen Rüttlers 10 im Bohrloch festgeklemmt ist. Um den Rohrstrang zu rütteln und freizubekommen, wird an der Oberfläche eine nach oben gerichtete Kraft von beispielsweise

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ca« 180 kN (40000 lbs) auf den Rohrstrang erzeugt. Diese Kraft wird durch den Rohrstrang auf das obere Verbindungsglied 92 durch dessen Verschraubung mit dem Rohrstrang bei 99 übertragen.

Die an dem oberen Verbindungsglied 92 wirkende Zugspannung zieht die Stößelanordnung 90 relativ zum Außenmantel 12 nach oben„ Die Aufwärtsbewegung der Stößelanordnung 90 wird dadurch behindert, daß das Druckmittel in der oberen Vorratskammer und in der Zumeßkammer 60 nur durch die Zumeßdüsen 204, von denen eine in Fig. 3 dargestellt ist, in die untere Vorratskammer 142 fließen kann. Das Druckmittel wird durch die O-Ringe 218 daran gehindert, auf der Stößelseiie an der Zumeßeinrichtung 200 vorbeizufließen. Es wird durch den über den Ringkanal 217 wirksamen Druckmitteldruck, der den O-Ring in abdichtende Anlage an die Mündung des Radialkanals 212 bringt, daran gehindert, durch die Zumeßeinrichtiing 200 selbst hindurchzufließen, und es wird an einer Umgehung der Zumeßeinrichtung 200 auf der Mantelseite durch die Dichtung 218 gehindert, die durch den abstützenden Metal]ring 226 geqen eine Verformung zwischen der Zumeßeinrichtung 200 und der Innenfläche des unteren Mantels 58 geschützt ist. Das Druckmittel tritt daher durch die öffnungen 244 in der Siebhalterung 242 in die Zumeßdüsen 204 ein, wandert durch den Längskanal 206 in den Radialkanal 208, dann in den Ringkanal 210, den gedrosselten Ringkanal 21Λ, in den Ringspalt zwischen der oberen Außenfläche 119 des Stößels 100 und der Innenfläche 223 der Dichtungshalterung 22O_f und durch den Radialkanal 225 in die untere Vorratskammer 142. Auf diese Weise nehmen das Volumen der Zumeßkammer 60 durch die Aufwärtsbewegung der Zumeßeinrichtung 200 und das Volumen der oberen Vorratskammer 30 in dem Maße ab, in dem die Keile 106 bei der Aufwärtsbewegung der Stößelanordnung 90 in diese eintreten, und das Volumen der unteren Vorratskammer 142 zu, wobei das Gesamtvolumen der Anordnung konstant bleibt.

Us ist an diesem Punkt anzumerken, daß· der Umgebungsdruck im Rohrstrang und die Temperatur im Bohrloch durch den Einbau des Ausyleichsko] bon'· 140 in den hydraulischen Rüttler 10 kompensiert werden. Der Ausgleichskolben 140 gleitet auf dem unteren Stößel 120 und ist damit und mit der Innenfläche des unteren Mantels 58 in dichtender Anlage. Auf die Ausgleichskammer 144 an der Unterseite des Ausgleichskolbens 140 wirkt durch den Ringkanal 127, der mit den Bohrungen 132 und 134 in Verbindung steht, der Umgebungsdruck des RohrStrangs. In der jeweiligen Bohrüochtiefe ist der hydraulische Rüttler 10 als ganzes der Umgebungstemperatur ausgesetzt. Ein erhöhter Druck hat natürlich die Tendenz, den Ausgleichskolben 140 aufwärtszubewegen und dabei die Flüssigkeit im hydraulischen Rüttler zusammenzudrücken. Erhöhte Temperatur führt dazu, daß sich das Druckmittel im hydraulischen Rüttler 10 ausdehnt und dadurch den Ausgleichskolben 140 abwärts bewegt. Bei der Bewegung des Rohrstrangs durch das Bohrloch bewegen die sich ändernden Temperaturen und Drücke den Ausgleichskolben 140 hin und her und halten das Druckmittel auf beiden Seiten der Zumeßeinrichtung 200 unter dem gleichen Druck, so daß ein Druckaufbau auf der einen oder anderen Seite der Zumeßeinrichtung 200, der die Rüttelwirkung vermindern oder auch eine Dichtung zerreißen könnte, sicher vermieden wird. Eine Erhöhung des Drucks in der unteren Vorratskammer 142 würde zu einem Abströmen in die Zumeßkammer 60 durch den Radialkanal 212 führen, wobei der O-Ring 216 von dessen Mündung weggedrückt wird. Während sich die Viskosität des Druckmittels im hydraulischen Rüttler 10 mit der Temperatur etwas ändert, bewirkt der das Druckmittel unter Druck setzende Ausgleichskolben 140 im wesentlichen Gleichförmigkeit der Rüttelkraft, und dadurch, daß die Zumeßdüsen 204 viskositätskompensiert sind, gibt es keine wesentlichen Änderungen der Zeit vom Beginn eines Aufwärtszuges auf die Stößelanordnung 90 bis zum Zeitpunkt des Auftreffens des Hammergliedes 110 auf das Amboßglied 46.

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In dem Maße, in dem die Stößelanordnung 90 aufwärts gezogen wird, wird ihre Bewegung anfangs durch den Druckmittelfluß durch die Zumeßdüsen 204 stark behindert. Daraus ergibt sich ein Druckaufbau des Druckmittels in der oberen Vorratskammer 30 und in der Zumeßkammer 60, der der Stößelbewegung widersteht. Sobald die rückwärtige Kante des abstützenden Metallrings 226 das untere Ende der Bypass-Nuten 62 passiert, beginnt das Druckmittel an der Zumeßeinrichtung 200 vorbeizufließen. Bei fortdauernder Äufwärtsbewegung wird die Zumeßeinrichtung zunehmend in Längsrichtung zu den Bypass-Nuten 62 zentriert und das Druckmittel plötzlich von der Zumeßkammer 60 in die untere Vorratskammer 142 abgelassen, und die Stößeleinrichtung 90 erfährt einen plötzlichen, kräftigen Aufwärtsschub. Durch das Auftreffen der vorlaufenden Fläche 110 des Hammergliedes 108 auf das Amboßglied 46 wird dieser Schub abrupt gestoppt. Die aus diesem Stoß entstehende Rüttelkraft wird durch den hydraulischen Rüttler 10 auf den übrigen Rohrstrang übertragen.

Manchmal ist zur Betätigung anderer Geräte, z.B. von Packern oder Sicherheitsverbindungen, unterhalb des hydraulischen Rüttlers 10 eine Verdrehung des Rohrstrangs notwendig, in dem sich der hydraulische Rüttler 10 befindet.

Während des gesamten Stößelhubs greifen die Keile 106 in die Keilnuten 40 ein.und verhindern auf diese Weise eine Verdrehung der Stößelanordnung 90 gegenüber dem Außenmantel 12 und eine Übertragung dieser Drehbewegung im Rohrstrang auf unterhalb des hydraulischen Rüttlers 10 angeordnete Geräte. Eine Drehbewegung zwischen der Stößelanordnung 90 und dem Außenmantel 12 ist auch außerordentlich schädlich für den O-Ring und die anderen Dichtungen und kann außerdem zu Spannungen führen, die durch Abscheren Metallteile beschädigen. Deshalb trägt das Zusammenwirken der Keile 106 und Keilnuten 40 auch zur Lebensdauer und Wirksamkeit der Geräte bei, da sie nur eine relative Längsbewegung innerhalb des hydraulischen Rüttlers 10 gestatten.

Zur Neueinstelluny des Rüttlers 10 wird die aufwärtsgerichtete Kraft an der Oberfläche weggenommen, worauf das Gewicht des Rohrstr^ngs die Stöße]anordnung 90 in eine Abwärtsrichtung zwingt. Aus der unteren Vorratskammer 142 kehrt das Druckmittel durch den Radialkanal 225, den gedrosselten Ringkanal 211, den Ringkanal 210, den Radialkanal 212, die ringförmige, V-förmige Kerbe 214 unter Ausdehnung des elastischen O-Rings 216 nach außen und den Ringkanal 217 in die Zumeßkammer 60 zurück. Wenn die Stößelanordnung 90 den untersten Punkt ihres Hubes erreicht hat, beginnt durch eine nach oben ziehende Kraft der nächste Rüttelzyklus. Das Rütteln wird fortgesetzt, bis der Rohrstrang in dem Bohrloch frei ist.

Einige vorteilhafte Eigenschaften des hydraulischen Rüttlers sollen nachfolgend" näher angegeben werden. Die Bypass-Nuten 62 gestatten durch die Aufrechterhaltung eines verhältnismäßig konstanten inneren Durchmessers 61 des unteren Mantels 58 selbst im Bereich des Bypasses eine erhöhte Lebensdauer der Dichtung 228 dadurch, daß der Innendruck auf die Dichtung 228 beim Aufwärts- und Abwärtshub der Stößelanordnung 90 aufrechterhalten wird. Andererseits geben die vergrößerten Bypass-Bohrungen nach dem Stand der Technik im Bypass-Bereich keinerlei nach innen gerichtete Abstützung, so daß die ungestützte Dichtung während der Aufwärtsbewegung der zerstörenden Kraft des vorbeifließenden Druckmittels ausgesetzt und ungleichmäßig zusammengedrückt· wird, wenn sie während der Abwärtsbewegung in die Hauptbohrung gedruckt wird. Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik besteht in der Verwendung des Metallrings 226 zur Verhinderung eines Herausquetschens der Dichtung während der Aufwärtsbewegung des Stößels. Wird während der Aufwärtsbewegung auf die Dichtung 228 Druck ausgeübt, so wird der Metallring 226 gegen die nach außen abgeschrägte Fläche 224 der Dichtungshalterung 220 gedrückt, die den Metallring 226 gegen die Bohrungswandung ausdehnt und hinter der Dichtung 228 einen spielfreien Bereich erzeugt. Außerdem bildet der Metallring 22 6 eine Teildichtung, die die Dichtung 228 gegen Abnutzung an den Bypass-Nuten 62 schützt. Darüberhinaus schafft das Vorhandensein

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des spielfreien Metallrings 226 selbst im Fall einer Teil- oder Vollzerstörung der Dichtung 228 eine gewisse Dichtung. Deshalb ist der Rüttler 10 noch arbeitsfähig, selbst wenn im Fall einer Zerstörung der Dichtung 228 eine optimale Leistung nicht mehr erreicht wird. Darüberhinaus führt sogar im Fa]1 eines Druckmittelverlustes aus dem Rüttler 10 der Widerstand des Metallrings 226 gegen die Stößelbewegung zur Erzeugung einer gewissen Rüttelkraft.

Ein anderer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik liegt in dem Montagevorgang für die Siebe der Zumeßdüsen 204. Die Tellerfeder 40 bewirkt durch die Vorspannung auf die Siebhalterung 242, die die Mündung der Zumeßdüse 204 abdeckt, eine vorteilhafte Montageeinrichtung für die gesamte Zumeßeinrichtung 200, da der Stößel 100 und der untere Stößel 120 aneinandergeschraubt sind. Da ständig eine Federkraft ausgeübt wird, um die Zumeßeinrichtung 200 an ihrem Platz zu halten, ist die Verwendung irgendeines Klebstoffes oder Bindemittels zum Befestigen der Siebe, Düsen oder anderer Teile der Zumeßeinrichtung 200 unnötig.

Bei dem hydraulischen Rüttler 10 kann zum Beispiel die Anzahl der Keilnuten 40, der Keile 106 und der Bypass-Nuten 62 verändert werden. Auch kann der Ausgleichskolben 144 am oberen Ende des Rüttlers 10 angeordnet werden und ein Kanal vorgesehen werden, der eine Seite des Kolbens dem Umgebungsdruck ausgesetzt. Hammer- und Ämboßglied 108 bzw. 46 können ebenfalls anders zueinander angeordnet werden»

Claims

Patentansprüche

1. Hydraulischer Rüttler zur Verwendung in Bohrlöchern, bestehend aus einem Außenmantel, aus einem innerhalb des Außenmantels in Längsrichtung gleitbeweglichen Stößel und aus durch den Außenmantel und den Stößel bestimmten, Druckmittel enthaltenden Kammern,gekennzeichnet durch eine im Außenmantel längs verlaufende Umleitung für das Druckmittel, eine Zumeßeinrichtung (200) für das Druckmittel an dem Stößel (100) und die Zumeßeinrichtung (200) umgebende, gleitfähige Dichtmittel aus einer an einem Metallring (226) abgestützten elastischen Dichtung (228).

2. Rüttler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längs verlaufende Umleitung für das Druckmittel aus längsgerichteten Bypass-Nuten (62) auf der Innenseite des Außenmantels (12) gebildet ist.

3. Rüttler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Nuten (62) im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt haben.

4. Rüttler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (228) im wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat und in Anlage an einem abstützendem Metallring (226) von im westentlichen dreieckigen Querschnitt ist.

5. Rüttler nach Anspruch A₁ dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite des Metallrings (226) unter einem spitzen Winkel zur Längsausdehnung des Rüttlers (10) verläuft.

6. Rüttler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (228) und der Metallring (226) in einer Ringnut in der Zumeßeinrichtung (220) angeordnet sind und die Ringnut eine im wesentlichen seitlich an der Dichtung (228) verlaufende Seitenwandung und eine im wesentlichen nach außen abgeschrägte Seitenwandung an dem Metallring (226) aufweist.

7. Rüttler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (226) bei Gleitverschiebung des Stößels (100) gegenüber dem Außenmantel (12) durch das Druckmittel in spielfreie Anlage an die Innenfläche des Außenmantels (12) andrückbar ist.

8. Rüttler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (12) eine durchgehende Axialbohrung mit einem Teil von im wesentlichen konstanten Durchmesser hat, daß der Stößel (100) in der Axialbohrung gleitbeweglich·ist, daß die Zumeßeinrichtung (200) wenigstens eine Zumeßdüse (204) in Form einer Wirbeldüse aufweist, daß die gleitfähigen Dichtmittel· zwischen der Zumeßeinrichtung (200) und dem Außenmantel (12) angeordnet sind und daß die Bypass-Nuten (62) sich an dem Bohrungsteil von im wesentlichen konstanten Durchmesser öffnen.

9. Rüttler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine radial verlaufende Seite des Metallrings (226) einer radial verlaufenden Seite der Dichtung (228) anliegt.

10. Rüttler nach Anspruch 5, dadurch.gekennzeichnet, daß die Dichtung (228) und der Metallring (226) einer radial verlaufenden ersten Fläche (215) bzw. einer nach außen abgeschrägten .zweiten Fläche (224) der Ringnut in der Zumeßeinrichtung (200) anliegen.

11. Rüttler nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zurneßeinrichtung (200) mechanisch an dem Stößel (100) angeordnet und unter Vorspannung an dem Stößel (100) festgehalten ist»

12. Rüttler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tellerfeder (240) zur Erzeugung einer im wesentlichen axial gerichteten Vorspannung vorgesehen ist.

13„ Rüttler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Tellerfeder (240) mit einer Vorspannung belastetes ' Sieb an der Mündung wenigstens einer Zumeßdüse (204) angeordnet ist.

14. Hydraulischer Rüttler zur Verwendung in einem Bohrloch mit einem innerhalb eines Außenmantels gleitbeweglichen Stößel, mit einer zwischen dem Stößel und dem Außenmantel ausgebildeten, ein Druckmittel enthaltenden Kammereinrichtung und mit einer Zumeßeinrichtung für Druckmittel an dem Stößel, die die Kammereinrichtung unterteilt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Außenmantel (12) wenigstens eine im wesentlichen längsverlaufende Bypass-Nut (62) vorgesehen ist, über die das Druckmittel unter Umgehung der Zumeßeinrichtung (200) von einem Teil der Kammereinrichtung in den anderen leitbar ist, wenn sich die Zumeßeinrichtung (200) im wesentlichen bei der wenigstens einen Bypass-Nut (62) befindet.

15. Rüttler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Bypass-Nuten (62) vorgesehen ist.

16. Rüttler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Nuten (62) langsam ansteigende und. abfallende Kanten aufweist.

17. Rüttler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet/ daß die Bypass-Nuten (62) halbkreisförmigen Querschnitt haben.

18. Hydraulicher Rüttler zur Verwendung in einem Bohrloch mit einem innerhalb eines Außenmantels axial gleitbeweglichen Stößel und einer den Stößel umgebenden Kammer, mit in dem Außenmantel befindlichen Druckmittel und mit einer die Kammer unterteilenden Zumeßeinrichtung an dem Stößel,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zumeßeinrichtung (200) und der Innenfläche des Außenmantels ein gleitfähiges Dichtmittel aus einer elastischen Dichtung (228) von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt und einem Metallring (226) von im wesentlichen dreieckigem Querschnitt, dem die Dichtung (228) anliegt, in einer Ringnut an der Zumeßeinrichtung (200) angeordnet ist.

19. Rüttler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut eine radial verlaufende vorlaufende, der elastischen Dichtung (228) anliegende Fläche (215) und eine nach außen abgeschrägte nachlaufende, der Rückseite des Metallrings (226) anliegende Fläche (224) aufweist.

20. Rüttler nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung des Außenmantels (12) wenigstens eine im wesentlichen längsverlaufende Bypass-Nut (62) zur Umleitung des Druckmittels von einem Kammerteil zum anderen vorbei an der Zumeßeinrichtung (200) aufweist, wenn diese sich im wesentlichen bei der wenigstens einen Bypass-Nut (62) befindet, und daß das Dichtmittel über den Hub des Stößels (100) durch dje Innenwandung des Außenmantels (12) in die Ringnut eingezwängt ist.