DE3233980C1 - Direktantrieb fuer Tiefbohrmeissel nach dem Moineau-Verdraengungsprinzip - Google Patents

Description

Aufgabe besteht darin, einen Direktantrieb der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so zu verbessern, daß ein sicheres Verriegeln möglich, ein unbeabsichtigtes Verriegeln ausgeschlossen und ein hohes Drehmoment im Verriegelungszustand übertragbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Das Gesperre der Verriegelungsvorrichtung wird durch einen in den Spülungskanal eingeworfenen Körper verriegelt. Um im Verriegelungszustand das auftretende Drehmoment übertragen zu können und die Einflüsse der exzentrischen Rotorbewegung und Gegendrehung auszuschalten, wird das Gesperre stromabwärts der Motorsektion im Bereich der Antriebswelle angeordnet. Der Einwurfkörper ist nach den zwischen dem Moineau Rotor und Stator gebildeten Kammern bemessen, so daß er diese bei Relativdrehung von Rotor und Stator im gleichen Sinne wie im normalen Bohrbetrieb in einer schraubenlinienförmigen Bahn passieren kann.

Im Gegensatz zu der verbreiteten Ansicht, daß ein stromabwärts von Rotor und Stator des Direktantriebs angeordnetes Gesperre nicht von einem Einwurfkörper erreicht werden kann, geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß die zwischen Moineau-Rotor und -Stator gebildeten Kammern, in denen die Spülungsflüssigkeit die Antriebskräfte entwickelt, in gleichförmiger Gestalt stromabwärts wandern. Ein in einer dieser Kammern befindlicher Körper kann also den Bereich von Rotor und Stator passieren. Bei festsitzendem Rotor läßt sich die für dieses Wandern erforderliche Relativbewegung zwischen Rotor und Stator durch Drehen des Stators mittels des Gestänges im Gegendrehsinn zur normalen Rotordrehung ausführen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil des Direktantriebs mit der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung,

F i g. 2a, b Teilquerschnitte durch das Gesperre der Verriegelungsvorrichtung.

Die Darstellung in F i g. 1 beschränkt sich auf den zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Bereich eines Direktantriebs. Innerhalb eines Außenrohrs 1 ist ein Stator 2 angeordnet, der einen Rotor 3 aufnimmt Rotor 3 und Stator 2 begrenzen zwischeneinander Kammern 4, in denen die durch den Direktantrieb gepumpte Spülungsflüssigkeit Antriebskräfte auf den Rotor 3 so ausübt. Der Rotor 3 ist mit seinem stromaufwärts gerichteten Ende mit einer Biegewelle 5 verbunden, die durch einen hohlen Innenraum des Rotors führt, die exzentrische Bewegung des Rotors in eine zentrische umformt und diese über eine Kupplungswelle 6 auf eine hohle Antriebswelle 7 überträgt. Die Antriebswelle 7 führt durch eine Lagersektion und trägt am unteren Ende einen Bohrmeißel. Oberhalb der Lagersektion, von der hier nur ein stromaufwärts gelegenes Radiallager 8 dargestellt ist, befindet sich ein Gesperre 9 bestehend aus einer statorseitigen Gesperrehülse 10 und einer rotorseitigen Gesperrehülse 11. Die statorseitige Gesperrehülse 10 ist hier integral durch das Außenrohr 1 gebildet, während die rotorseitige Gesperrehülse 11 mittels einer Paßfeder 12 drehfest auf der Antriebswelle 7 fixiert und axial zwischen einer Schale des Radiallagers 8 und der Kupplungswelle 6 festgelegt ist. Ein kugelförmiger Einwurfkörper 13, dessen Weg in drei Etappen von einer der Arbeitskammern 4 durch einen die Kupplungswelle umgebenden Ringraum 14 bis in das Gesperre 9 dargestellt ist, führt bei Bedarf die Verriegelung herbei. Bei der in der Kupplungswelle 6 vorhandenen angeschnitten gezeichneten Öffnung 15 handelt es sich um einen der Durchtritte für die Spülungsflüssigkeit, die nach Passieren der Motorsektion durch den hohlen Innenraum der Antriebswelle 7 zum Bohrmeißel weiterströmt. Die Breite der Öffnungen 15 ist schmaler als der Einwurfkörper 13, so daß dieser nicht entweichen kann. Fig.2a und b zeigen als Querschnitte durch das Gesperre 9 alternative Ausführungen der Gesperrehülsen. F i g. 2a stellt ein reibschlüssiges Gesperre dar. Die rotorseitige Hülse 11 besitzt Längsnuten 16, deren Nutgründe 17 von einer Begrenzungswand 18 zur anderen 19 radial stetig ansteigen. Die statorseitige Hülse 10 ist ungenutet. Ein Einwurfkörper 13, der in eine solche Nut gelangt, wird bei relativer Drehung der rotorseitigen Gesperrehülse durch den ansteigenden Nutgrund nach außen gedrückt, bis er sich zwischen diesen und der statorseitigen Gesperrehülse einklemmt. In diesem Zustand ist das Gesperre verriegelt.

Fig.2b stellt ein formschlüssiges Gesperre dar. Sowohl die rotorseitige Gesperrehülse 11 als auch die statorseitige Gesperrehülse 10 besitzen Längsnuten 20; 21 die bei gegenseitig fluchtender Stellung den Einwurfkörper 13 aufnehmen können. Durch den Einwurfkörper ergibt sich eine formschlüssige Drehmomentkopplung zwischen den Hülsen 10,11. Der stromaufwärts gelegene Bereich 22 der Nuten kann vorzugsweise zum erleichterten Eindringen des Formkörpers trichterförmig ausgeführt werden.

Zur Betätigung der Verriegelungsvorrichtung im Falle eines festsitzenden Bohrmeißels wird zunächst ein Einwurfkörper oben in den Spülungskanal des Gestänges eingeworfen und dessen Absinken abgewartet. Anschließend wird das Gestänge langsam gedreht, und zwar im Gegendrehsinn zum normalen Drehsinn des Direktantriebes. Dabei durchwandert der Einwurfkörper den Bereich von Rotor und Stator in einer schraubenförmigen Bahn innerhalb einer zwischen Rotor und Stator gebildeten Kammer, bis er nach Verlassen der Kammer auf das Gesperre hinabsinkt. Durch weiteres Drehen werden die Nuten der Gesperrehülsen zyklisch in eine Position gebracht, in der dem Einwurfkörper ein Eindringen aufgrund der Schwerkraftwirkung möglich ist. In der Regel wird für die Verriegelung nur jeweils ein Einwurf körper benötigt, denn wenn dieser die Gesperrehülsen verkoppelt hat, können weitere Einwurfkörper nicht mehr den Bereich von Rotor und Stator passieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

- Leerseite

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Direktantrieb für Tiefbohrmeißel mit schraubenförmig gewendeltem Rotor und Stator und dazwischen gebildeten Kammern nach dem Moineau-Verdrängungsprinzip,, mit einer einerseits mit dem Rotor des Direktantriebs und andererseits mit dem Tiefbohrmeißel verbindbaren Antriebswelle und einem diese koaxial umgehenden,, mit dem Stator des Direktantrieb.es verbindbaren Äußeniohr sowie mit einer bei ihrer Betätigung die Antriebswelle im Außenrohr blockierenden Verriegelungsvorrichtung, die von einem Gesperre gebildet ist, das eine erste,- der Antriebswelle und eine zweitem dem Außenrohr zugeordnete Gesperrehülse umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung (9) mittels eines Einwurfkörpers (13) betätigbar ist, der als Kopplungselement zwischen die Gesperrehülsen (10f 11) einsetzhar und höchstens von einem Durchmesser ist,, wie die Breite der zwischen dem Rotor (3) und dem Stator (4) des Direktantriebs gebildeten Kammern (4) beträgt wobei der Einwurfkörper (13) bei Relativdrehung von Rotor und Stator axial durch den Direktantrieb hindurch zu den Gesperrehülsen (10? It) hinführbar ist.

2. Direktantrieh nach Anspruch L dadurch gekennzeichnet, daß der Einwurfkörper (13) kugelförmig ist.

3. Direktantrieb nach Anspruch I₁. dadurch ge^ kennzeichnet, daß das Gesperre (9) über den Einwurfkörper (13) reibschlüssig blockierbarist.

4. Direktantrieb nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß. die innere Gesperrehüls& (11) wenigstens eine axial verlaufende Vertiefung (16) an ihrer äußeren Mantelfläche besitzt, deren Soblenahstand (17) von der Hülsenachse von einem Ort größter Vertiefung an tangential zunimmt, daß die äußere Gesperrehülse (10) ungenutet ist und daß der Zwischenraum zwischen der äußeren Gesperrehülse' (10) und der inneren Gesperrehülse (11) am Ort der größten Vertiefung größer und an anderen Stellen kleiner als der Einwurf körper (13) ist

5. Direktantrieh nach Anspruch^ dadurch gekennzeichnet, daß die axial verlaufende Vertiefung (16) eine Längsnut ist

6. Direktantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesperre (9) mittels des Einwurfkörpers (13) formschlüssig blockierbar ist

7. Direktantrieb nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die äußere als auch die innere Gesperrehülse (10; 11) wenigstens eine axial verlaufende Längsnut (21 j 20) in ihren einander zugewandten Mantelflächen aufweisen und die Nuttiefe einer Einzelnut jeweils kleiner, die Tiefen je einer Nut auf der äußeren und inneren Gesperrehülse zusammen jedoch größer sind als der Einwurfkörper (13), wobei dieser bei fluchtenden Nuten durch die zwischen den Gesperrehülsen gebildete Aussparung aufnehmbar ist.

8. Direktantrieb nach Anspruchs 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung bzw. Nut einen trichterförmigen Einlaufbereich (22) für den Einwurfkörper (13) aufweist

Die Erfindung betrifft einen Direktantrieb für Tiefbahrmeißel nach dem Moineau Verdrängungsprinzip gemäß der im Oberbegriff des, Anspruchs 1 angegebenen Art

In der Tiefbohrtechnik werden zur Ablenkung der Bohrrichtung aber auch zum Weiterhohren bereits geneigter Bohrungen Direktantriebe eingesetzt. Klemmt sich der Bohrmeißel dabei aus irgendwelchen Gründen in der Formation so fest daß; er durch das

to- Drehmoment des Direktantriebs nicht lösbar ist so läßt sich das zum Lösen notwendige Drehmoment nur über den Drehtisch des Bohrturms und das Bohrgestänge einleiten- Da wegen des Direktantriebs aber das Bohrgestänge relativ zum Bohrmeißel drehbar ist muß erst eine mechanische Verriegelung zwischen dem Bohrgestänge und dem Bohrmeißel herbeigeführt werden, ehe das, von oben eingeleitete Drehmoment auf den Bohrmeißel wirken kann.

Bei einem bekannten Direktantrieb dieser Art (DE-PS 29 1'7 331) geschieht dies durch eine mit der Antriebswelle und eine mit dem Lagergehäuse verbundene Gesperrehülse, die durch eine auf den Fohrstrang ausgeübte Axialbewegung in Verriegelungseingriff gelangen. Damit dieser Verriegelungseingriff nicht unbeabsichtigt durch die im normalen Bohrhetrieb auftretenden Axialbewegungen eintritt, ist eine Sicherungsvorrichtung vorhanden, die erst bei Oberschreiten eines bestimmten Schwellwertes auslöst und die Axialbewegung freigibt Die Festlegung dieses Schwellwertes ist sehr schwierig, denn wenn dieser so hoch gesetzt wird,, daß unbeabsichtigtes Auslösen sicher vermieden wird, kann andererseits auch ein gewünschter Auslösevorgang scheitern, weil z. B. von der von oben eingeleiteten Axialkraft ein großer Teil durch Reibung zwischen Gestänge und Bohrlochwand verloren geht und nur noch eine verminderte Kraft zur Sicherungsvorrichtung gelangt.

Es sind ferner Turbinen-Direktantriebe im Einsatz, bei denen der Verriegelungseingriff zwischen der stator- und rotorseitigen Gesperrehülse durch einen von oben in den Spülungskanal eingeworfenen und zwischen die Gesperrehülsen gelangenen Körper herbeigeführt wird. Die Gesperrehülsen sind hier noch vor den stromaufwärts liegenden Teilen der Turbine angeordnet Es ist bei dieser Anordnung eine ausreichende Stabilität der gesamten Rotorteile hinsichtlich der im Verriegelungszustand vom Drehtisch her aufbringbaren Drehmomente erforderlich, da diese von den Gesperrehülsen durch die Rotorteile hindurch zum

so Bohrmeißel geleitet werden.

Obwohl die zuletzt erwähnte Version eines Direktantriebes mit Verriegelungsvorrichtung^ ein sicheres Verriegeln zum gewünschten Zeitpunkt ermöglicht und ein unbeabsichtigtes Verriegeln ausschließt ist eine Anwendung auf einen Direktantrieb nach dem Moineau-Antriebsprinzip nicht ohne weiteres möglich. Bei Aufbringen eines hohen Drehmoments vom Drehtisch her würde der Rotor innerhalb des Stators wegen des elastomeren Aufbaus des einen Teils radial auswandern und den durch den eingeworfenen Körper herbeigeführten Reib- oder Formschluß zwischen den Gesperrehülsen wieder aufheben. Darüber hinaus wirken die exzentrischen Bewegungen des Rotors innerhalb des Stators und die zu dieser Bewegung umgekehrte Drehung des Rotors um seine eigene Achse einem Verklemmen des Einwurfkörpers zwischen den Gesperrehülsen und damit dem Eintritt der Verriegelung entgegen. Die der Erfindung zugrunde liegende