DE3323774C2

DE3323774C2 - Drehbohrwerkzeug mit einer Schlagvorrichtung

Info

Publication number: DE3323774C2
Application number: DE3323774A
Authority: DE
Inventors: Lionel Paris Marais
Original assignee: Compagnie Francaise des Petroles SA
Current assignee: Total Compagnie Francaise des Petroles SA
Priority date: 1982-07-08
Filing date: 1983-07-01
Publication date: 1985-11-07
Also published as: FR2529939A1; GB2123064B; US4520886A; BE897252A; NO832468L; NO160803C; GB8318126D0; GB2123064A; IT8321987A0; NO160803B; FR2529939B1; CA1219577A; DE3323774A1; ES523934A0; NL8302421A; IT1171687B; ES8404006A1

Abstract

Drehbohrwerkzeug, das mit einer Schlagvorrichtung versehen ist, die eine Durchgangsleitung mit einem Kanal von kreisringförmigem Querschnitt (10) sowie einen Kanal mit kreisringförmigem, sich erweiternden Querschnitt (13) enthält, an den sich zwei Strömungswege (20, 21) anschließen, nämlich ein zentral sowie ein am Umfang verlaufender Strömungsweg, die abwechselnd von der Bohrflüssigkeit durchströmt werden, um eine Schlagmasse (25) in der einen oder anderen Richtung zu verschieben, mit dem Kennzeichen, daß die konische Außenfläche (15) des sich stromab konisch erweiternden Kanals (13) über eine Radialschulter (31) an die zylindrische Außenfläche (12) des im Querschnitt kreisringförmigen Kanals (10) angeschlossen ist, wobei die Radialschulter die über den peripheren Strömungsweg (21) verlaufende Strömung instabil macht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehbohrwerkzeug mit einer Schlagvorrichtung, bestehend aus einem ringförmigen Kanal mit einem an eine Spülflüssigkeitsleitung anschließbaren Einlaßbereich, einem in Strömungsrichtung dahinter durch zylindrische Innen- und Außenflä chen begrenzten ringförmigen Kanalabschnitt sowie mit einem sich stromab erweiternden ringförmigen Kanalabschnitt zwischen einer konisch konvergierenden Innenfläche und einer konisch divergierenden Außenfläche, ferner aus einem mit einem in Strömungsrichtung konisch divergierenden Abschnitt versehenen, in den sich erweiternden Kanalabschnitt hineinragenden Hohlkörper, der einen zentralen Strömungsweg von einem peripheren Strömungsweg abteilt und einen stromab sich fortsetzenden zylindrischen Abschnitt aufweist, und aus einer gegenüber einem stromab angeordneten Anschlag bewegbaren kolbenförmigen Schlagmasse, die bei Anlage am Anschlag den zentralen Strömungsweg wenigstens teilweise verschließt.

Ein aus der DE-OS 28 34 388 bekanntes Drehbohrwerkzeug der eingangs bezeichneten Art ermöglicht unter Anwendung des Coanda-Effektes eine verhältnismäßig genaue Steuerung des mit der Schlagwirkung erreichten Leistungsgrades, wozu man die Schlagfolge im Verhältnis zur Drehgeschwindigkeit des Werkzeuges und zur Anzahl der am Werkzeug befindlichen Schneidelemente variiert. Da sich die Schlagfolge proportional zur Strömungsmenge der Spülflüssigkeit einstellt, kann nicht nur durch die Schlagwirkung an sich, sondern auch durch die Regelung der Schlagfolge in Abhängigkeit von den Angriffspunkten des Werkzeuges ein verbesserter Vortrieb erreicht werden. Allerdings besitzt die praktische Ausführung des bekannten Drehbohrwerkzeuges insofern einen verhältnismäßig umständlichen Aufbau, als innerhalb des die konisch konvergierende Innenfläche des sich stromab erweiternden ringförmigen Kanalabschnittes bildendem Bauteils ein zusätzlicher Kanal mit einer oberen Ringöffnung vorgesehen ist. Wenn der Ausgang des zentralen Strömungsweges durch die auf dem unteren Anschlag aufsitzende Schlagmasse versperrt ist und sich darüber zunehmend ein Flüssigkeitsdruck aufbaut, setzt sich dies^.r rückwirkend nach oben durch den Kanal und die Ringöffnung in dem genannten zentrischen Bauteil fort, um die ständig nachströmende Spülflüssigkeit bei ihrem Austritt aus dem durch zylindrische Innen- und Außenflächen begrenzten ringförmigen Kanalabschnitt eine Umschalt- bzw. Ablenkkraft in Richtung auf den peripheren Strömungsweg zu erteilen. Darüber hinaus enthält das bekannte Drehbohrwerkzeug außerhalb der den peripheren Strömungsweg nach außen begrenzenden konisch divergierenden Außenfläche einen konisehen Raum, in den sich der im peripheren Strömungsweg ansteigende Flüssigkeitsdruck fortsetzt und über eine obere Ringöffmwig auf die nachströmende Spülflüssigkeit einwirkt, um dieser zum gegebenen Zeitpunkt eine umgekehrte Umschalt- bzw. Ablenkkraft zu erteilen. Aufgrund dieser zur Umschaltsteuerung dienenden zusätzlichen Kanäle haftet dem Steuersystem dieser bekannten Schlagvorrichtung zwangsläufig eine gewisse Trägheit im Ansprechverhaltcn an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehbohrwerkzeug der angegebenen Gattung dadurch zu verbessern, daß sowohl ein vereinfachter Aufbau entsteht als auch eine schnellere Umschaltung und damit eine höhere Schlagfrequenz ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die konisch divergierende Außenfläche an ihrem stromaufwärtigen Ende einen größeren Durchmesser als derjenige der zylindrischen Außenfläche aufweist und die zylindrische Außenfläche mit der konisch divergierenden Außenfläche über eine etwa radial verlaufende Schulter in Verbindung steht.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bauform mit der radial verlaufenden Schulter am Beginn der den peripheren Strömungsweg begrenzenden Außenfläche wird erreicht, daß de entlang diesem Strömungsweg verlaufende Strömung instabil wird und die Spülflüssigkeit das Bestreben hat, sich selbsttätig ohne äußere St-iuereinflüsse auf den zentralen Strömungsweg zurückzuführen. Aufgrund dieser Maßnahme wird die häufig erwünschte bistabile Betriebsweise mit einer beträchtlichen baulichen Vereinfachung sicher gewährleistet, da die Spülflüssigkeit von sich aus selbsttätig das Bestreben hat, auf den zentralen Strömungsweg zurückzukehren, so daß insoweit nur die einfache praktisch keinen baulichen Aufwand erfordernde Radialschulter benötigt wird. Für den Umschaltvorgang vom zentralen in den peripheren Strömungsweg steht der ebenfalls automatisch vonstatten gehende Verschluß zur Verfügung, wenn die Schlagmasse bzw. ein die Schlagmasse bildender Kolben den zentralen Abfluß versperrt und infolgedessen der sich aufstauende Rückdruck die Strömung ebenfalls selbsttätig ohne zusätzliche bauliche Maßnahmen auf den peripheren Strömungsweg verdrängt.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Dreh- hinter einem Anschlag 24 wieder vereinigt Beim gezeig-

bohrwerkzeuges nach der Erfindung kann der Unter- ten Ausführungsbeispiel besteht der Anschlag 24 aus

schiedsbetrag zwischen den die Radialschulter bilden- einer Kingschulter am oberen Ende des Rohrstutzens

den Durchmessern größer sein als zwei Millimeter. 22.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach- 5 Innerhalb des zentralen Strömungsweges 20 ist eine

folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des Schlagmasse 25 untergebracht, die mit beträchtlichem

erfindungsgemäßen Drehbohrwerkzeuges in Verbin- Spiel im Innern des Abschnittes 19 des Hohlkörpers 17

dung mit der Zeichnung. sich hin und her bewegen kann und dabei mit Hilfe einer

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt einen axialen Stange 26 geführt ist, die auf einer zylindrischen Innen-

Längsschnitt durch den die Umschaltsteuerung für die io flachs eines Gleitrings 27 läuft, der seinerseits von einer

Schlagvorrichtung enthaltenen aktiven Abschnitt des vom Bauteil 22 ausgehenden durchbrochenen Verstre-

Drehbohrwerkzeuges. bung 28 gehalten ist Der Außendurchmesser der

Das Drehbohrwerkzeug 1. das mit Hilfe beliebiger Schlagmasse 25 ist größer als der Innendurchmesser des Einrichtungen, beispielsweise durch einen Bohrstangen- Anschlags 24. Zwischen der Schlagmasse und der Verzug oder eine nicht gezeigte Bohrturbine getrieben ist, 15 strebung 28 ist eine Druckfeder 29 eingeführt
trägt an seiner Unterseite von innen nach außen stufen- Die konisch divergierende Außenfläche 15 besitzt an förmig zurückgesetzte Schneidelemente 2. Der hohle ihrem oberen stromaufwärtigen Fnde 30 einen um bei-Innenraum im Werkzeug enthält eine Schlagvorrich- spielsweise ungefähr 4 mm größeren Durchmesser als tung, deren Einzelheiten nachfolgend beschrieben sind. diejenigen der zylindrischen Außenfläche «2, so daß die-Das Drehbohrwerkzeug kann auch eine herkömmliche 20 se beiden Außenflächen nicht πη hr eine Fortsetzung Bauart besitzen beispielsweise als Rollenmeißel ausge- zueinander bilden, sondern am Obergang eine kleine führt sein, auf den dann eine Schlagvorrichtung nach der Radialschulter 3t entstehen lassen, aie aus einem BeErfindung aufgeschraubt wird, reich einer Radialfläche des Bauteils 5 besteht Diese

Ein ringförmiger Kanal 3 ist begrenzt durch einen kleine Radialschulter 31 führt zu einem instabilen Strözentrisch angeordneten geschlossenen Innenkörper 4 25 mungsverhalten der Spülflüssigkeit im peripheren Strösowie durch diesen umgebende Ringkörper 5 und 6. Der mungsweg 21, der durch die Pfeile 32 in seiner Richtung Innenkörper 4 geht stromauf von einer starken Scheibe veranschaulicht ist während der zentrale Strömungs-7 aus, von der nur ein unterer Abschnitt gezeigt ist, in weg 20 unter Ausnutzung des Coanda-Effektes entlang dem sich wenigstens eine Durchlaßöffnung 8 für Spül- der konischen Oberfläche 14 den normalen Strömungsflüssigkeit befindet. Zwischen dem Innenkörper 4 und 30 weg der Spülflüssigkeit bildet, auf den diese automatisch dem Ringkörper 5 wird ein an die Spülflüssigkeitslei- entlang der Richtung der Pfeile 33 zurückgeführt wird, tung angeschlossener ringförmiger Einlaßbereich 9 ge- sobald am Eingang oder oberen Ende des zentralen bildet, an den sich in Strömungsrichtung dahinter ein Strömungsweges 20 kein Überdruck mehr vorhanden zylindrischer Kanalabschnitt 10 anschließt Der ringför- ist, der sonst die Spülfiüssigkeit zwingt bzw. veranlaßt, mige Kanalabschnitt 10 besitzt eine zylindrische Innen- 35 den Pfeilen 32 zu folgen und den peripheren Strömungsfläche, die aus einem zylindrischen Abschnitt des Innen- weg 21 als Abfiuß zu wählen.

körpers 4 besteht, und aus einer zylindrischen Außenflä- Ein derartiger Überdruck wird beim Auftreffen der ehe 12, die zur Innenwand des Ringkörpers 4 gehört In Schlagmasse 25 auf den Anschlag 24 geschaffen, wo-Strömungsrichtung hinter dem ringförmigen Kanalab- durch der zentrale Strömungsweg 20 wenigstens teilschnitt iä beginnt ein sich stromab erweiternder ring- 40 weise verschlossen wird. Der Abfiuß der Spülfiüssigkeit förmiger Kanalabschnitt 13, der von einer konisch kon- lurch den peripheren Strömungsweg 21 und im Anvergierenden Innenfläche 14, die zum Innenkörper 4 Schluß daran durch die öffnungen 23 läßt einen Flüssiggehört, und einer konisch divergierenden Außenfläche keitsdruck stromab von der Schlagmassc 25 entstehen, 15, die zum Ring- oder Rohrkörper 6 gehört begrenzt mit dem die Schlagmasse aufwärts bewegt und der zen-

Der Rohrkörper 6 ist stromab hinter der konisch di- 45 trische Strömungsweg 20 aufs neue geöffnet v/ird. Mit

vergierenden Innenfläche 15 de* Kanals 13 eine zylin- Öffnung des zentralen Strömungsweges 20 wird die

drische Innenfläche 16. Innerhalb des Rohrkörpers 6 ist Spülflüssigkeit dazu gebracht, unter dem Coanda-Effekt

ein Hohlkörper angeordnet, der am oberen stromauf- wieder den zentralen Strömungsweg zu nehmen. Die

wärtigen Ende einen konisch divergierenden Abschnitt Schlagmasse 25 wird dabei wieder nach unten bewegt

18 aufweist Der kottisch divergierende Abschnitt 18 so und schlägt an den Anschlag 24, worauf das Arbeitsspiel erstreckt sich parallel zur konisch divergierenden Au- von neuem beginnt Die Druckfeder 29 unterstützt die ßenfläcne 15 des Kanals 13. Ein stromab liegender Ab- Aufwärtsbewegung der Schlagmasse 25, ist jedoch für schnitt 19 des Hohlkörpers 17 ist zylindrisch ausgebil- dn grundsätzlichen Funktionsablauf nicht unbedingt det, und der Übergang zwischen den Abschnitten 18 und notwendig.

19 befindet sich im wesentlichen höher wie der Über- 55

gang zwischen den Innenflächen 15 und 16 des Rohrkör- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

pers 6.

Der stromauf liegende Abschnitt Vi des Hohlkörpers
17 ragt in den ringförmig divergierenden Kanal 13 hinein, um einen zentralen Strömungsweg 20 im Innern des 60
Hohlkörpers 17 von einem peripheren Strömungsweg
21 abzugrenzen, der zwischen dem Hohlkörper 17 und
den Oberflächen 15 und 16 des Rohrkörpers 6 vorgesehen ist. Der Hohlkörper 17 ist auf einem Rohrstutzen 22
abgestützt, der ir· einem stromabwärts verlängerten Be- 65
reich quer durch seine Wandung verlaufende Öffnung
23 enthält Durch diefje öffnung 23 wird der periphere
Strömungsweg 21 mit dem zentralen Strömungsweg 20

Claims

Patentansprüche:

1. Drehbohrwerkzeug mit einer Schlagvorrichtung bestehend aus einem ringförmigen Kanal (3) mit einem an eine Spülflüssigkeitsleitung anschließbaren Einlaßbereich (9), einem in Strömungsrichtung dahinter durch zylindrische Innen- und Außenflächen (ti bzw. 12) begrenzten ringförmigen Kanalabschnitt (10) sowie mit einem sich stromab erweiternden ringförmigen Kanalabschnitt (13) zwischen einer konisch konvergierenden Innenfläche (14) und einer konisch divergierenden Außenfläche (15), ferner aus einem mit einem in Strömungsrichtung konisch divergierenden Abschnitt (18) versehenen, in den sich erweiternden Kanalabschnitt (13) hineinragenden Hohlkörper (17), der einen zentralen Strömungsweg (20) von einem peripheren Strömungsweg (21) abteilt und einen stromab sich fortsetzenden zylindrischen Abschnitt (19) aufweist, und aus einer gegenüber einem stromab angeordneten Anschlag (24) bewegbaren kolbenförmigen Schlagmasse (25), die bei Anlage am Anschlag (24) den zentralen Strömungsweg (20) wenigstens teilweise verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die konisch divergierende Außenfläche (15) an ihrem stromaufwärtigen Ende einen größeren Durchmesser als derjenige der zylindrischen Außenfläche (12) aufweist und die zylindrische Außenfläche (12) mit der konisch divergierenden Außenfläche (15) über eine etwa rad^;al verlaufende Schulter (31) in Verbindung steht

2. Drehbohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterscniedsbetrag zwischen den die Radialschulter (3ϊ; bildenden Durchmessern größer ist als 2 mm.