DE3140144C2 - - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft einen hydraulischen Rüttler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Bei vielen in Ölbohrungen ausgeführten Arbeiten wendet der Ausführende verschiedene Werkzeuge oder andere Gegenstände an, die nicht ohne weiteres durch das Bohr­ loch 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 33 99 740 und 34 29 389) 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 Druck­ mittel 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 Amboßglied 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 Bohr­ loch freizubekommen. Diese bekannten Rüttler haben je­ doch eine Anzahl von Nachteilen. Ohne einen Ersatz von Teilen und eine Neumontage können damit keine zahlreichen Wiederholungen ausgeführt werden. Darüber hinaus können die Rüttler durch in das Druckmittel eindringende Bohr­ lochflüssigkeiten nachteilig beeinflußt werden. Weiter­ hin wechselt die mit diesen Rüttlern erzielbare Stoßkraft über eine Anzahl von Wiederholungen. 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 Zer­ störung 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 bekannter hydraulischer Rüttler (US-PS 41 96 782) arbeitet mit einer Wirbel-Zumeßdüse zur anfänglichen Drosselung des Druckmittelflusses. Wenn eine solche Zumeßdüse auch mehr Beständigkeit des Druck­ mittelflusses 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 Mantel, 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 Rüttlers abnutzen und Leckverluste an der Zumeßdüse er­ möglichen, wodurch der nötige hohe Druckaufbau vor der Umleitung verhindert wird, der während der nachfolgenden Vorbeibewegung des Stößels zu der erforderlichen großen Kraft führt.

Hydraulische Rüttler von verhältnismäßig komplexem Aufbau (US-PS 40 23 630 und 42 00 158) arbeiten genauer, jedoch wegen der großen Anzahl der verwendeten einzelnen Bau­ teile und Dichtungen auf Kosten der langfristigen Zuver­ lässigkeit und Wiederholbarkeit. Darüber hinaus verbietet die Komplexität dieser Rüttler eine einfache Wartung und Wiedermontage auf dem Ölfeld.

Bei einem weiteren bekannten hydraulischen Rüttler (US-PS 39 55 634) ist eine Kolbenanordnung zur Ausführung des Rüttelschlags mittels eines Stößels zwischen einem verengten und einem erweiterten Bohrungsteil des Rohrstrangs verschiebbar. Die Kolbenanordnung enthält einen Ring­ kolben, der einerseits mit einem Dichtkörper an einem unteren Stößelabschnitt Drosselkanäle bildet und anderer­ seits innerhalb des verengten Bohrungsteils der Innen­ wandung des Rohrstrangs abdichtend anliegt. Bei dieser Anordnung übt der Ringkolben sowohl eine Drosselfunk­ tion als auch eine Dichtfunktion aus.

Eine weitere bekannte Rüttelvorrichtung (US-PS 32 85 353) enthält einen in einem Gehäuse gegen die Kraft einer Feder verschiebbaren Stößel mit einem Verzögerungskolben, der an einem Ende ein federbelastetes Ventilglied trägt, das auf einer Schrägfläche unter Ausbildung eines Drossel­ spalts gegenüber dem Gehäuse verstellbar ist. In der nachfolgenden Phase der Aufwärtsbewegung des Verzögerungs­ kolbens wird Druckmittel zur Auslösung des Rüttelschlages freigegeben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen einfach aufgebauten, aber auch über längere Zeiten zuverlässig arbeitenden Rüttler der eingangs genannten Art zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 sowie durch die im Kennzeichen des Anspruchs 11 genannten Merkmale gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der erfindungsgemäße hydraulische Rüttler verwendet eine Druckmittel-Zumeßeinrichtung mit Wirbeldüse. Anstelle einer bloßen Vergrößerung der Mantelbohrung umfaßt der Druckmittel- Bypass zwischen Stößel und Mantel sich in Längsrichtung erstreckende, halbkreisförmige Nuten. Die Wirbeldüsen-Zumeßein­ richtung verwendet eine mechanische Befestigung für die Zumeß­ düse und ein dieser zugeordnetes Sieb, wodurch die Notwendigkeit eines Klebstoffes beim Zusammenbau vermieden wird. Darüber hinaus 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 Lang­ zeitbeständigkeit 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 Außen­ mantel 12 und der Stößelanordnung 90 ist mit einem Druckmittel wie DC-200 Silikonöl gefüllt.

Der Außenmantel 12 bildet ein mit Keilnuten versehenes Gehäuse 14 mit einer oberen Bohrung, deren Wandung mit 28 bezeichnet ist. In einer Ringnut 16 in der Bohrungswandung 28 ist ein O-Ring 18 aufgenommen, unter dem eine lange obere Ringnut 20 vier O-Ringe 22 und eine untere lange Ringnut 24 vier O-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 Einfüll­ öffnung 34 ist ein Druckmittelstopfen 36 mit einem aufliegenden O-Ring eingeschraubt. Unterhalb der oberen Vorratskammer 30 hat das mit Keilnuten versehene Gehäuse 14 eine Mehrzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Keilnuten 40, die durch Wände 39 bestimmt sind und in Kanten 38 enden, die den kleinstmöglichen Durchmesser des mit den Keilnuten 40 versehenen Bereiches bestimmen. Wie Fig. 5 zeigt, werden sechs in gleichmäßig- radialem Abstand angeordnete Keilnuten 40 verwendet.

Das mit Keilnuten 40 versehene Gehäuse 14 ist bei 42 mit einem oberen Mantel 48 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 46 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 Innendurch­ messer 53 führt. Ein unterer Mantel 58 ist bei 54 mit dem oberen Mantel 48 verschraubt, wobei beide durch O-Ringe 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 unteren Anschlußglied 70 verschraubt, und die Teile sind mit einem O-Ring 72 gegeneinander abgedichtet. Das untere Anschlußglied 70 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 10 einen Teil bildet, wobei zur Abdichtung zwischen dem hydrau­ lischen Rüttler 10 und dem nächsttieferen Rohrstrangbauteil ein O-Ring 84 verwendet wird.

Die in Längsrichtung in dem Außenmantel 12 gleitbeweglich ange­ ordnete Stößelanordnung 90 umfaßt ein oberes Verbindungsglied 92 mit Innengewinde 94 am oberen Ende, durch das der hydraulische Rüttler 10 mit anderen Instrumenten oder Rohrteilen über ihm im 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 46 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 Hammergliedes 108 erstreckt sich die Außenfläche 112 des Stößels 100 gleichförmig bis zu dessen unterem Ende. Zwischen der Außenfläche 112 des Stößels 100 und der Innenwandung 53 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 Zumeßeinrichtung 200 angeordnet und auf eine Weise zwischen dem unteren Ende 118 des Stößels 100 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 geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser 74 des unteren Anschlußgliedes 70, um einen Ringspalt 127 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 Ausgleichs­ kammer 144 befindet. Die Ausgleichskammer 144 steht mit den Bohrungen 132 und 134 und somit durch den Ringspalt 127 mit dem Umgebungsdruck in dem Rohrstrang 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 124 des unteren Stößels 120 an der oberen Außenfläche 119 des unteren Stößels 120 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 33 23 550) 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 erstreckender Ringkanal 210 zwischen dem unteren Stößel 120 an dessen oberer Außenfläche 119 und dem hinterschnittenen 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 228 trifft auf eine Radialfläche 227 eines abstützenden Metallrings 226, der einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt hat. Der Metall­ ring 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 223 der Dichtungshalterung 220 bildet mit dem gedrosselten Ring­ kanal 211 einen fortlaufenden Ringspalt, der mit einem Radialkanal 225 im unteren Ende der Dichtungshalterung 220 in Verbindung steht. Auf diese Weise ist es offensichtlich, daß das Druckmittel von der Zumeßkammer 60 durch die Zumeßdüse 204, den Radialkanal 208, den Ringkanal 210, den gedrosselten Ringkanal 211, 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 220 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 Zumeßein­ richtung 200 ist unter Vorspannung durch eine Tellerfeder 240 mecha­ nisch an dem unteren Stößel 120 angebracht. An der Tellerfeder 240 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 gesamte Zumeßeinrichtung 200 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 Aus­ gleichskolben 140 hat O-Ringe 154 und 160 in teflongefüllten 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 12 und der Stößeleinrichtung 90 mit Druckmittel gefüllt. Die obere Vorratskammer 30, die Zumeßkammer 60 und die untere Vorratskammer 142 stehen untereinander in Verbindung, wobei während des Betriebs des Rüttlers 10 eine festgelegte Ölmenge zwischen den verschiedenen Kammern 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 Bohrloch­ temperatur konstant.

Der vorstehend beschriebene hydraulische Rüttler 10 arbeitet wie folgt:

Fig. 1A bis 1E zeigen den hydraulischen Rüttler 10 in einge­ fahrener 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 10 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 ca. 180 kN (40 000 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 30 und in der Zumeßkammer 60 nur durch die Zumeßdüsen 204, von denen eine in Fig. 3 dargestellt ist, in die untere Vorrats­ kammer 142 fließen kann. Das Druckmittel wird durch die O-Ringe 218 daran gehindert, auf der Stößelseite an der Zumeß­ einrichtung 200 vorbeizufließen. Es wird durch den über den Ringkanal 217 wirksamen Druckmitteldruck, der den O-Ring 216 in abdichtende Anlage an die Mündung des Radialkanals 212 bringt, daran gehindert, durch die Zumeßeinrichtung 200 selbst hindurchzufließen, und es wird an einer Umgehung der Zumeß­ einrichtung 200 auf der Mantelseite durch die Dichtung 228 gehindert, die durch den abstützenden Metallring 226 gegen 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 211, in den Ringspalt zwischen der oberen Außen­ fläche 119 des Stößels 100 und der Innenfläche 223 der Dichtungshalterung 220, und durch den Radialkanal 225 in die untere Vorratskammer 142. Auf diese Weise nehmen das Volumen der Zumeßkammer 60 durch die Aufwärtsbewegung der Zumeß­ einrichtung 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.

Es ist an diesem Punkt anzumerken, daß der Umgebungsdruck im Rohrstrang und die Temperatur im Bohrloch durch den Einbau des Ausgleichskolbens 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 Ausgleichs­ kammer 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 Bohrlochtiefe ist der hydraulische Rüttler 10 als ganzes der Umgebungstemperatur ausgesetzt. Ein erhöhter Druck hat natürlich die Tendenz, den Ausgleichskolben 140 aufwärts zu bewegen und dabei die Flüssigkeit im hydraulischen Rüttler 10 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 Zumeß­ einrichtung 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.

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 Vorrats­ kammer 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 Aufwärtsbewegung wird die Zumeßeinrichtung 200 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 Zusammen­ wirken 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 Neueinstellung des Rüttlers 10 wird die aufwärts gerichtete Kraft an der Oberfläche weggenommen, worauf das Gewicht des Rohrstrangs die Stößelanordnung 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 10 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 aufrecht­ erhalten 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 gedrückt wird. Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik besteht in der Verwendung des Metall­ rings 226 zur Verhinderung eines Herausquetschens der Dichtung 228 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 226 eine Teildichtung, die die Dichtung 228 gegen Abnutzung an den Bypass-Nuten 62 schützt. Darüber hinaus schafft das Vorhandensein 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. Darüber hinaus führt sogar im Fall eines Druck­ mittelverlustes aus dem Rüttler 10 der Widerstand des Metall­ rings 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 Siebhalte­ rung 242, die die Mündung der Zumeßdüse 204 abdeckt, eine vorteilhafte Montageeinrichtung für die gesamte Zumeßein­ richtung 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 ver­ ändert 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 aussetzt. Hammer- und Amboßglied 108 bzw. 46 können ebenfalls anders zueinander angeordnet werden.

Claims (13)

1. Hydraulischer Rüttler zur Verwendung in Bohrlöchern, enthaltend einen Außenmantel, einen innerhalb des Außenmantels in Längsrichtung gleitbeweglichen Stößel, zwei durch den Außenmantel und den Stößel bestimmte, Druckmittel enthaltende Kammern, eine mit dem Stößel verbundene Zumeßeinrichtung mit einer Drosselstelle zwischen den beiden Kammern und eine Umgehungsein­ richtung für die Zumeßeinrichtung in einer der beiden Kammern, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungseinrichtung von mindestens einer Längsnut (62) gebildet ist und daß die Zumeßeinrichtung (200) an ihrem Umfang mit Dichtmitteln versehen ist, die eine an einem Metall­ ring (226) abgestützte elastische Dichtung (228) auf­ weisen und dem Außenmantel (12) gleitend und außerhalb des Bereiches der mindestens einen Längsnut (62) ab­ dichtend anliegen.

2. Rüttler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnut (62) im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt hat.

3. Rüttler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (228) im wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat und der abstützende Metallring (226) im wesentlichen drei­ eckigen Querschnitt hat.

4. Rüttler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite des Metallrings (226) unter einem spitzen Winkel zur Längsausdehnung des Rüttlers (10) verläuft und eine radial verlaufende Seite des Metall­ rings (226) einer radial verlaufenden Seite der elasti­ schen Dichtung (228) anliegt.

5. Rüttler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische 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 Seiten­ wandung, eine der elastischen Dichtung (228) anliegende Radialfläche (215) und eine dem Metallring (226) an­ liegende, im wesentlichen nach außen abgeschrägte Seitenfläche (224) aufweist.

6. Rüttler nach Anspruch 5, 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.

7. Rüttler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßeinrichtung (200) als Drosselstelle wenigstens eine Zumeßdüse (204) in Form einer Wirbeldüse aufweist.

8. Rüttler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßeinrichtung (200) unter Vorspannung an dem Stößel (100) gehalten ist.

9. Rüttler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tellerfeder (240) zur Erzeugung einer im wesentlichen axial gerichteten Vorspannung vorgesehen ist.

10. Rüttler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Tellerfeder (240) belastetes Sieb an der Mündung der wenigstens einen Zumeßdüse (204) angeordnet ist.

11. Hydraulischer Rüttler zur Verwendung in einem Bohrloch mit einem innerhalb eines Außenmantels axial gleit­ beweglichen Stößel und einer den Stößel umgebenden Kammer, mit in dem Außenmantel befindlichen Druck­ mittel und mit einer die Kammer unterteilenden Zumeß­ einrichtung an dem Stößel, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßeinrichtung (200) eine Drosselstelle, welche die Teile (60, 142) der unterteilten Kammer miteinander verbindet, und von der Drosselstelle getrennt in einer Ringnut des Stößels (100) angeordnete Dichtmittel aufweist, die eine elastische Dichtung (228) von im wesentlichen recht­ eckigen Querschnitt und einen diese abstützenden Metall­ ring (226) von im wesentlichen dreieckigen Querschnitt enthalten und der Innenfläche des Außenmantels (12) gleitend und abdichtend anliegen.

12. Rüttler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut von einer radial verlaufenden, der elastischen Dichtung (228) anliegenden Fläche (215) und einer nach außen verlaufenden, der Rückseite des Metallrings (226) anliegenden Schrägfläche (224) gebildet ist.

13. Rüttler nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung des Außenmantels (12) wenigstens eine im wesentlichen längsverlaufende Bypass-Nut (62) in einem Teil (60) der unterteilten Kammer aufweist, und daß die Dichtmittel des Stößels (100) spielfrei während der Bewegung des Stößels (100) an die Innenfläche des Außenmantels (12) angedrückt sind.