DE60006972T2 - Hydraulische schere - Google Patents

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DE60006972T2
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B31/00Fishing for or freeing objects in boreholes or wells
    • E21B31/107Fishing for or freeing objects in boreholes or wells using impact means for releasing stuck parts, e.g. jars
    • E21B31/113Fishing for or freeing objects in boreholes or wells using impact means for releasing stuck parts, e.g. jars hydraulically-operated
    • E21B31/1135Jars with a hydraulic impedance mechanism, i.e. a restriction, for initially delaying escape of a restraining fluid

Description

  • 1. Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf in einem Bohrloch befindliche Werkzeuge, und insbesondere auf eine Stoßvorrichtung, um eine axiale Kraft auf einen in einem Bohrloch befindlichen Bohrstrang auszuüben.
  • 2. Technischer Hintergrund
  • Bei Arbeiten in Öl- und Gasbohrungen ist es häufig notwendig, starke axiale Stöße auf ein Werkzeug oder einen Werkzeugstrang auszuüben, das bzw. der sich innerhalb des Bohrlochs befindet. Es gibt eine Vielzahl von Beispielen für derartige Umstände. Eine häufig anzutreffende Situation ist das Festsitzen von Bohr- oder Fördergerätschaften innerhalb einer Bohrung in einem solchen Maße, daß sie nicht in einfacher Weise herauszubekommen sind. Ein weiterer Umstand hängt mit dem Zurückbringen eines unten im Bohrloch befindlichen Werkzeugs oder Werkzeugstrangs zusammen, das bzw. der von seinem Rohr oder Rohrstrang gelöst worden ist. Die Trennung zwischen dem Rohr oder dem Rohrstrang und dem abhanden gekommenen Werkzeug oder „Fisch" kann das Ergebnis eines strukturellen Versagens oder einer absichtlichen Lösung, die von der Oberfläche aus eingeleitet wurde, sein.
  • Stoßvorrichtungen werden bei Arbeiten an Erdölbohrungen seit mehreren Jahrzehnten verwendet, um das Betriebspersonal in die Lage zu versetzen, die genannten axialen Schläge bzw. Stöße auf stecken gebliebene oder abhanden gekommene Werkzeuge und Werkzeugstränge abzugeben. Hierbei existieren einige wenige grundsätzliche Bauarten. Sogenannte „Bohr-Stoßvorrichtungen" werden häufig verwendet, wenn entweder Bohr- oder Fördergerätschaften in einem solchen Maße stecken geblieben sind, daß man sie nicht ohne weiteres aus der Bohrung frei bekommt. Die Bohr-Stoßvorrichtung wird normalerweise in dem Rohrstrang in dem Bereich des stecken gebliebenen Gegenstands plaziert und ermöglicht es einer Bedienungsperson an der Oberfläche, eine Reihe von Schlägen und Stößen auf den Bohrstrang abzugeben, und zwar über die Handhabung des Bohrstrangs. Diese Schläge auf den Bohrstrang sind dazu beabsichtigt, den stecken gebliebenen Gegenstand zu lösen und eine weitere Arbeit zu ermöglichen. Sogenannte „Herauszieh-Stoßvorrichtungen" werden in die Bohrung hineingelassen, um ein verlorengegangenes Werkzeug oder einen „Fisch" herauszuholen. Herauszieh-Stoßvorrichtungen sind mit einem Mechanismus versehen, der dazu bestimmt ist, den „Fisch" fest zu ergreifen, so daß die Herauszieh-Stoßvorrichtung und der „Fisch" zusammen aus der Bohrung herausgehoben werden können. Zahlreiche Herauszieh-Stoßvorrichtungen sind auch mit der Möglichkeit versehen, axiale Schläge auf den „Fisch" abzugeben, um das Herausziehen zu erleichtern.
  • Stoßvorrichtungen, die in der Lage sind, axiale Schläge abzugeben, enthalten eine verschiebliche Dichtung, die eine relative axiale Bewegung zwischen einer inneren Spindel und einem äußeren Gehäuse ermöglicht, ohne daß eine relative Drehbewegung zwischen diesen Teilen ermöglicht wird. Die Spindel ist typischerweise mit einem darauf ausgebildeten Hammer versehen, während das Gehäuse einen Amboß aufweist, der benachbart zu dem Hammer der Spindel positioniert ist. Auf diese Weise kann dadurch, daß der Hammer und der Amboß bei hoher Geschwindigkeit aufeinander geschoben werden, eine erhebliche Stoßkraft auf den stecken gebliebenen Bohrstrang ausgeübt werden, die häufig ausreicht, um den Bohrstrang freizuschlagen. Für die meisten Herauszugsanwendungen ist es wünschenswert, daß die Bohr-Stoßvorrichtung in der Lage ist, sowohl eine nach oben als auch eine nach unten gerichtete Stoßkraft aufzubringen.
  • Es gibt vier grundsätzliche Bauformen von Stoßvorrichtungen: rein hydraulische Stoßvorrichtungen, rein mechanische Stoßvorrichtungen, Stoßfänger-Stoßvorrichtungen und mechanisch-hydraulische Stoßvorrichtungen. Die Stoßfänger-Stoßvorrichtung wird hauptsächlich dafür verwendet, um eine nach unten gerichtete Stoßkraft bereitzustellen. Die Stoßfänger-Stoßvorrichtung weist normalerweise eine keilverzahnte Verbindung mit einem ausreichenden axialen Weg auf, um zu ermöglichen, daß das Rohr angehoben und fallengelassen werden kann, was zur Folge hat, daß die Stoßflächen innerhalb der Stoßfänger-Stoßvorrichtung zusammenkommen, um eine nach unten gerichtete Stoßkraft auf den Bohrstrang abzugeben.
  • Mechanische, hydraulische und mechanisch-hydraulische Stoßvorrichtungen unterscheiden sich von der Stoßfänger-Stoßvorrichtung insoweit, als sie eine gewisse Bauart eines Auslösermechanismus enthalten, der die Bewegung der Stoßflächen relativ zueinander verzögert, bis eine axiale Spannung, entweder Zug- oder Druckspannung, auf den Bohrstrang oder Rohrstrang aufgebracht worden ist. Um eine nach oben gerichtete Stoßkraft zu erzeugen, wird das Bohrgestänge durch eine axiale Zugkraft, die an der Oberfläche aufgebracht wird, gestreckt. Dieser axialen Kraft wirkt der Auslösermechanismus der Stoßvorrichtung lange genug entgegen, um zu ermöglichen, daß sich das Gestänge bzw. Rohr dehnt und eine potentielle Energie speichert. Wenn die Stoßvorrichtung auslöst, wird diese gespeicherte Energie in kinetische Energie umgewandelt, die zur Folge hat, daß sich die Stoßflächen der Stoßvorrichtung mit einer großen Geschwindigkeit aufeinander zu bewegen. Um eine nach unten gerichtete Stoßkraft zu erzeugen, wird das Rohrgewicht an der Oberfläche frei losgelassen, und, falls notwendig, wird eine zusätzliche Druckkraft angewendet, um das Rohr in einen Kompressionszustand zu versetzen. Dieser Kompressionskraft wirkt der Auslösermechanismus der Stoßvorrichtung entgegen, um zu ermöglichen, daß das Rohr zusammengedrückt wird und eine potentielle Energie speichert. Wenn die Stoßvorrichtung auslöst, wird die potentielle Energie des zusammengedrückten Rohrs und des Rohrgewichts in kinetische Energie umgewandelt, die zur Folge hat, daß die Stoßflächen der Stoßvorrichtung mit einer großen Geschwindigkeit aufeinandertreffen.
  • Der Auslösermechanismus bei den meisten mechanischen Stoßvorrichtungen besteht aus irgendeiner Bauart einer Reibungshülse, die mit der Spindel gekoppelt ist und die einer Bewegung der Spindel widersteht, bis die Last auf der Spindel einen vorab gewählten Betrag überschreitet, d.h. die Auslöselast. Der Auslösemechanismus bei den meisten hydraulischen Stoßvorrichtungen besteht aus einem oder mehreren Kolben, die ein Fluid in einer Kammer unter Druck setzen, in Antwort auf eine Bewegung der Spindel. Das unter Druck stehende Fluid widersteht einer Bewegung der Spindel. Das unter Druck gesetzte Fluid hat normalerweise die Möglichkeit, mit einem vorab ausgewählten Durchsatz abgelassen zu werden. Während das Fluid abgelassen wird, verlagert sich der Kolben, wobei er schließlich einen Punkt in der Stoßvorrichtung erreicht, an dem die Kammerdichtung geöffnet wird, wobei dann das komprimierte Fluid die Möglichkeit hat, rasch auszuströmen, wobei die Spindel freigesetzt ist, sich rasch zu bewegen.
  • Mechanische Stoßvorrichtungen und hydraulische Stoßvorrichtungen haben jeweils bestimmte Vorteile in Bezug zueinander. Mechanische Stoßvorrichtungen sind im allgemeinen weniger vielseitig und zuverlässig als hydraulische Stoßvorrichtungen. Bei vielen mechanischen Stoßvorrichtungen ist es erforderlich, die Auslöselast an der Oberfläche auszuwählen und vorab einzustellen, damit bei einer spezifizierten Last ausgelöst werden kann, nachdem die Stoßvorrichtung in die Bohrung eingeführt worden ist. Wenn es erforderlich ist, die Auslöselast erneut einzustellen, muß die Stoßvorrichtung aus der Bohrung herausgezogen werden. Bei anderen mechanischen Stoßvorrichtungen ist es notwendig, ein Drehmoment von der Oberfläche aus auf den Bohrstrang aufzubringen, um die Stoßvorrichtung auszulösen. Das Drehmoment, das auf den Bohrstrang ausgeübt wird, stellt nicht nur eine Gefahr für das Bohrungspersonal dar, sondern es ist auch so, daß ein Drehmoment auf gewundene Bohrstränge nicht aufgebracht werden kann. Ein weiterer wesentlicher Nachteil von mechanischen Stoßvorrichtungen wird unter solchen Umständen deutlich, in denen die Stoßvorrichtung in einer gespannten Position vor dem Einsetzen in die Bohrung angeordnet werden muß. Daher ist der Auslösemechanismus unter solchen Umständen Spannungen während des normalen Laufs unterworfen, so als ob die Stoßvorrichtung als Teil der im Bohrloch befindlichen Gerätschaften betrieben würde. Schließlich haben viele mechanische Stoßvorrichtungen zahlreiche Oberflächen, die einem Verschleiß ausgesetzt sind.
  • Hydraulische Stoßvorrichtungen bieten zahlreiche Vorteile gegenüber rein mechanischen Stoßvorrichtungen. Hydraulische Stoßvorrichtungen weisen den wesentlichen Vorteil auf, daß sie eine breite Vielfalt von möglichen Auslöselasten bieten. Bei einer typischen doppelt wirkenden hydraulischen Stoßvorrichtung ist der Bereich der möglichen Auslöselasten eine Funktion der Größe der axialen Spannung, die durch Dehnen oder Zusammendrücken des Bohrrohrs aufgebracht wird, und wird lediglich durch die strukturellen Grenzen der Stoßvorrichtung und der darin befindlichen Dichtungen begrenzt. Zusätzlich sind hydraulische Stoßvorrichtungen im allgemeinen weniger empfindlich gegenüber Verschleiß und arbeiten daher normalerweise länger als eine mechanische Stoßvorrichtung unter den gleichen Betriebsbedingungen.
  • Allerdings haben auch hydraulische Stoßvorrichtungen bestimmte Nachteile. Beispielsweise sind die meisten rein hydraulischen, doppelt wirkenden Stoßvorrichtungen relativ lang, wobei sie in manchen Fällen eine Länge aufweisen, die 25 Fuß überschreitet. Die Länge einer bestimmten Stoßvorrichtung ist normalerweise kein wesentlicher Punkt in Bohrsituationen, in denen ein normales, mit Gewinde versehenes Bohrrohr verwendet wird. Allerdings ist es bei Anwendungen mit gewundener Verrohrung zweckmäßig, daß die Länge sämtlicher Werkzeuge in einem speziellen Bohrstrang nicht länger ist als die Länge der Schmiervorrichtung der jeweils verwendeten Injektorvorrichtung für die gewundene Verrohrung ist. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, daß die Stoßvorrichtung so kurz wie möglich ist, um die Bedienungsperson in die Lage zu versetzen so viele unterschiedliche Arten von Werkzeugen in dem Bohrstrang anzuordnen wie möglich, während dennoch die gesamte Länge des Bohrstrangs geringer als die Länge der Schmiervorrichtung gehalten werden kann. Eine herkömmliche hydraulische Stoßvorrichtung kann die halbe oder mehr als die gesamte Länge einer gegebenen Schmiervorrichtung einnehmen, so daß möglicherweise weniger als die Hälfte der Länge der Schmiervorrichtung verbleibt, um andere Werkzeuge aufzunehmen, wie beispielsweise einen Schlammotor, eine Orientierungseinrichtung oder ein Berichtswerkzeug.
  • Bei zahlreichen Ausführungen von hydraulischen Stoßvorrichtungen ist ein in nachteiliger Weise langer Abmesshub vorhanden. Der Abmesshub ist der Betrag der relativen Bewegung zwischen der Spindel und dem Gehäuse, der auftreten muß, damit die Stoßvorrichtung auslöst, nachdem sie durch die Aufbringung einer axialen Last gespannt worden ist. Wenn eine herkömmliche hydraulische Stoßvorrichtung durch die Aufbringung einer axialen Last gespannt wird, wird ein Fluid in einer Kammer unter Druck gesetzt, um einer relativen Bewegung der Spindel und des Gehäuses zu widerstehen. Eine oder mehrere Abmessöffnungen in der Stoßvorrichtung ermöglichen, daß das unter Druck gesetzte Fluid mit einem relativ langsamen Durchsatz abgelassen wird. Während das Fluid abgelassen wird, tritt eine gewisse relative axiale Bewegung zwischen der Spindel und dem Gehäuse auf. Die Größe der relativen axialen Bewegung zwischen der Spindel und dem Gehäuse, die auftritt, nachdem die Stoßvorrichtung gespannt worden ist, aber bevor die Stoßvorrichtung auslöst, ist als Ablassen bekannt. Dieses Ablassen stellt einen Verlust an potentieller Energie dar, die normalerweise in zusätzliche Stoßkraft umgewandelt würde. Zahlreiche Bauformen von gegenwärtig üblichen hydraulischen Stoßvorrichtungen weisen einen relativ langen Abmesshub von 12 Zoll oder mehr auf, so daß die Größe des Ablassens erheblich ist. Ein langer Abmesshub führt auch zur Erzeugung von Wärme in dem hydraulischen Fluid, was kostenaufwändige Abstände zwischen Auslösevorgängen erforderlich machen kann und zu einer Verschlechterung des Fluids führen kann.
  • Bei mechanisch-hydraulischen Stoßvorrichtungen sind normalerweise gewisse Merkmale von entweder rein mechanischen oder rein hydraulischen Stoßvorrichtungen kombiniert. Beispielsweise wird bei einer Bauform sowohl ein langsam abgemessenes Fluid und ein mechanisches Federelement eingesetzt, um einer relativen axialen Bewegung der Spindel und des Gehäuses zu widerstehen. Diese Auslegung hat die gleichen Nachteile, wie sie bei normalen hydraulischen Stoßvorrichtungen vorhanden sind, nämlich Länge, langer Abmesshub und Erwärmung des Fluids. Bei einer anderen Bauform wird eine Kombination zwischen einem langsam abgemessenen Fluid und einer mechanischen Bremse verwendet, um die relative Bewegung zwischen der Spindel und dem Gehäuse zu verzögern. Bei dieser Bauform wird Bohrschlamm als hydraulisches Medium verwendet. Daher muß der Bohrstrang unter Druck gesetzt werden, bevor die Stoßvorrichtung arbeitet. Dieser Schritt des Druckaufbaus erfordert normalerweise die Beendigung der Arbeiten und die Einbringung einer Kugel in den Arbeitsstrang, die als Dichtvorrichtung wirkt. Nachdem die Stoßvorrichtung ausgelöst worden ist, muß die Kugel herausgeholt werden, bevor die normalen Arbeiten weitergehen können.
  • Bei manchen herkömmlichen Vorrichtungen wird ein Klemmring als Auslösemechanismus verwendet. Der Klemmring ist mit einem oder mehreren in radialer Richtung vorstehenden Flanschen oder Zähnen versehen, die mit einem dazu passenden Satz von Vorsprüngen oder Kanälen in der Spindel in Eingriff stehen. Das Zusammenwirken der Zähne des Klemmrings und der Zähne oder Kanäle der Spindel schränkt die Längsbewegung der Spindel ein, bis ein gewisser gewünschter Auslösepunkt erreicht ist. Der Auslösepunkt entspricht häufig der vertikalen Ausrichtung zwischen den Zähnen des Klemmrings und einem Kanal oder einem Satz von Kanälen in dem Werkzeugehäuse. An diesem Punkt wird der Klemmring nicht länger in radialer Richtung nach innen zusammengedrückt und kann sich schnell im Durchmesser aufweiten, so daß die Spindel freigesetzt wird. Die Oberflächen der Zähne des Klemmrings und der Kanal oder die Kanäle des Gehäuses, die unmittelbar vor dem Auslösen im Eingriff stehen, können einer erheblichen Punktbelastung unterworfen sein, was zu einem schnellen Verschleiß und zur Notwendigkeit nach häufiger Reparatur führen kann. Außerdem ist bei manchen herkömmlichen Bauformen nichts vorhanden, um die vorzeitige Aufweitung des Klemmrings zu verhindern, was anderenfalls zu einem Festsitzen der Spindel oder zu einem vorzeitigen Auslösen führen kann. Ein vorzeitiges Auslösen kann zu einem verminderten übermäßigen Ziehen führen und dazu, daß weniger als die gewünschte axiale Kraft aufgebracht wird.
  • Zahlreiche Bohrarbeiten werden gegenwärtig mit Bohrsträngen ausgeführt, bei denen eine elektrische Antriebskraft verwendet wird. Solche Werkzeugstränge hängen häufig an leitenden und nicht leitenden Kabeln wie beispielsweise Drahtseilen oder Kabelleitungen und Glattleitungen. In manchen Anwendungen mit Drahtseilen, Kabelleitungen oder Glattleitungen kann es zweckmäßig sein, eine Stoßvorrichtung mit einem Werkzeugstrang zu betätigen. Wenn die Stoßvorrichtung nicht in der Lage ist, elektrischen Strom und Signale durchzulassen, muß sie in der am Boden des Bohrlochs befindlichen Anordnung (bottom hole assembly, BHA) unterhalb der elektrisch angetriebenen Komponenten der BHA angeordnet werden. Es kann allerdings sein, daß dies nicht die optimale Position für die Stoßvorrichtung ist, im Hinblick auf die auszuführende Arbeit.
  • In der US-A-5 624 001 ist eine mechanisch-hydraulische Bohr-Stoßvorrichtung offenbart. Die Stoßvorrichtung weist eine Spindel auf, die teleskopartig bzw. zusammenschiebbar in einem Gehäuse angeordnet ist. Einer axialen Bewegung der Spindel wird durch ein Fluid entgegengewirkt, das innerhalb von Fluidkammern gehalten wird, die jeweils durch axial bewegbare Kolben verschlossen werden. Ein Klemmring ist mit der Spindel in Eingriff bringbar. Eine axiale Bewegung der Spindel bringt den Klemmring in Zusammenwirken mit einem oder dem anderen der Kolben, was zu einem Zusammendrücken des Fluids und einem damit einhergehenden Aufbau von potentieller Energie führt. Wenn die Spindel und der Klemmring einen vorab gewählten Punkt innerhalb des Gehäuses erreichen, weitet sich der Klemmring auf und gibt die Spindel frei. Die schnelle Bewegung der Spindel führt zu einem Schlag auf zueinander passende Oberflächen der Spindel und des Gehäuses, so daß eine Stoßkraft erzeugt wird.
  • Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die Auswirkungen von einem oder mehreren der vorstehend genannten Nachteile zu eliminieren oder zu vermindern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Stoßvorrichtung geschaffen, die eine Spindel und ein Gehäuse aufweist, welches teleskopartig um die Spindel herum angeordnet ist. Ein Kolben ist zwischen der Spindel und dem Gehäuse angeordnet und schließt eine im wesentlichen abgedichtete Kammer in dem Gehäuse. Der Kolben hat einen ersten Strömungsdurchgang und einen zweiten Strömungsdurchgang, um eine selektive Strömung eines Fluids in die und aus der im wesentlichen abgedichteten Kammer zu ermöglichen. Ein Klemmring ist in dem Gehäuse angeordnet, um selektiv mit der Spindel zusammenzuwirken. Die Stoßvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse um den Klemmring herum angeordnet ist. Die Hülse ist in axialer Richtung relativ zu dem Klemmring bewegbar und weist einen Abschnitt mit reduziertem inneren Durchmesser auf, an dem sich der Klemmring selektiv in radialer Richtung aufweitet, im das Zusammenwirken mit der Spindel zu lösen. Ein erstes Vorspannteil ist in dem Gehäuse angeordnet, um der axialen Bewegung der Spindel entgegenzuwirken bzw. diesem zu widerstehen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorstehend erläuterten und weitere Vorteile der Erfindung werden beim Studium der folgenden detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher, wobei
  • 1A1D aufeinanderfolgende Abschnitte, im Schnitt, einer beispielhaften Ausführungsform einer Stoßvorrichtung in ihrer neutralen Position. gemäß der vorliegenden Erfindung erläutern;
  • 2 eine Schnittansicht von 1A ist, am Abschnitt 2-2 gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine Schnittansicht von 1B ist, am Abschnitt 3-3 gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine Schnittansicht von 1B ist, am Abschnitt 4-4 gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine bildliche Darstellung eines beispielhaften Klemmrings der Stoßvorrichtung nach 1A1D gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 6 eine bildliche Darstellung eines beispielhaften Vorspannteils der Stoßvorrichtung nach 1A1D gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 7 eine Schnittansicht von 1C ist, am Abschnitt 7-7 gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 8A8D aufeinanderfolgende Abschnitte der Stoßvorrichtung nach 1A1D im Schnitt zeigen, wobei die Stoßvorrichtung in ihrer ausgelösten Position gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
  • 9 eine vergrößerte Ansicht von ausgewählten Abschnitten von 8C gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 10 eine Schnittansicht entsprechend 1B zeigt, wobei eine alternative beispielhafte Ausführungsform der Stoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
  • Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
  • In den nachstehend beschriebenen Zeichnungen werden Bezugszeichen im allgemeinen wiederholt, wenn identische Elemente in mehr als einer Figur erscheinen. Nunmehr auf die Zeichnungen bezugnehmend, und insbesondere auf 1A1D einschließlich, ist dort eine beispielhafte Ausführungsform einer hydraulischen Stoßvorrichtung 10 dargestellt, die eine erhebliche Länge aufweist, so daß es notwendig ist, daß sie in vier in Längsrichtung abgebrochenen Schnittansichten dargestellt ist, nämlich 1A, 1B, 1C und 1D. Die Stoßvorrichtung 10 kann in eine nicht dargestellte Bohrung über ein Rohr, einen Rohrstrang oder einen Seilzug eingeführt werden, je nach Zweckmäßigkeit. 1A1D zeigen die Stoßvorrichtung 10 in einem neutralen oder nicht ausgelösten Zustand. Die Stoßvorrichtung 10 besteht im wesentlichen aus einer inneren rohrförmigen Spindel 12, die teleskopartig innerhalb eines äußeren, rohrförmigen Gehäuses 14 abgestützt ist. Die Spindel 12 und das Gehäuse 14 bestehen jeweils aus einer Anzahl von rohrförmigen Segmenten, die untereinander verbunden sind, vorzugsweise durch mit Gewinde versehene Verbindungen. Die Spindel 12 besteht aus einem oberen rohrförmigen Abschnitt 16, einem zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitt 18, der mittels Gewinde mit dem oberen rohrförmigen Abschnitt 16 bei 20 verbunden ist, und aus einem unteren rohrförmigen Abschnitt 22, der mittels Gewinde mit dem zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitt 18 bei 24 verbunden ist. Die Spindel 12 ist mit einer inneren Längsbohrung 26 versehen, die sich über die gesamte Länge der Spindel erstreckt. Eine längliche Leiterstange 27 ist vorgesehen, die aus einem Segment 28 besteht, das in der Bohrung 26 positioniert ist und elektrisch von der Spindel 12 und dem Gehäuse 14 durch eine isolierende Hülse 30 isoliert ist, und aus einem Segment 31, das in dem Gehäuse 14, wobei auf 1D verwiesen sei, positioniert ist und durch eine isolierende Hülse 32 elektrisch isoliert ist. Die Segmente 28 und 31 sind durch einen flexiblen Leiter 33 elektrisch miteinander verbunden. Die Leiterstange 27 ist dafür ausgelegt, elektrischen Strom und Signale durch die Stoßvorrichtung 10 zu übertragen.
  • Das obere Ende des oberen rohrförmigen Abschnitts 16 der Spindel 12 ist bei 35 mittels Gewinde mit einem Anschluß (connector sub) 34 verbunden. Der Anschluß 34 ist mit einem aufnehmenden Kastenanschluß 36 versehen, der dazu bestimmt ist, mittels Gewinde das aufzunehmende Ende eines anderen, im Bohrloch befindlichen Werkzeugs oder Beschlags aufzunehmen, das nicht dargestellt ist. Das obere Ende der Leiterstange 28 steht geringfügig aus der Bohrung 26 und in einen zylindrischen Bereich 38 in dem Anschluß 34 hinein vor. Das Segment 28 der Leiterstange 27 ist gegenüber der Oberfläche des zylindrischen Bereichs 38 durch einen isolierenden Ring 40 elektrisch isoliert, der aus Teflon, Polyurethan oder aus einem sonstigen geeignetem, isolierenden Material besteht. Die Leiterstange ist in ihrer Stellung durch eine Verriegelungsmutter 42 fixiert, die gegen den isolierenden Ring 40 anliegt. Eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterstange 28 und einem weiteren, im Bohrloch befindlichen Werkzeug oder einer Komponente in einer Position oberhalb der Stoßvorrichtung 10 kann mit Hilfe eines spiralförmigen oder aufgewickelten Leiters 44 erfolgen, der an dem oberen Ende der Leiterstange 28 fixiert ist. Die Verbindung zwischen dem Anschluß 34 und dem oberen rohrförmigen Abschnitt 16 der Spindel 12 ist gegenüber dem Durchgang von Fluid durch ein Paar von in Längsrichtung mit gegenseitigem Abstand angeordneten O-Ringen 46 und 48 abgedichtet.
  • Das Gehäuse 14 besteht aus einem oberen rohrförmigen Abschnitt 50, einem zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitt 52, einem zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitt 54, einem zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitt 56, einem zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitt 58, einem zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitt 60 und einem unteren rohrförmigen Abschnitt 62. Der obere rohrförmige Abschnitt 50 ist mittels Gewinde mit dem zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitt 52 bei 64 verbunden. Die Verbindung zwischen dem oberen rohrförmigen Abschnitt 50 und dem zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitt 52 ist gegenüber dem Durchgang eines Fluids durch einen O-Ring 66 abgedichtet. Der obere rohrförmige Abschnitt 50 weist einen Abschnitt 68 mit reduziertem Durchmesser auf, der eine nach unten weisende, ringförmige Oberfläche 70 bildet, gegen die das obere Ende des rohrförmigen Abschnitts 52 anstößt, und eine nach unten weisende, ringförmige Amboßfläche 72. Der obere rohrförmige Abschnitt 16 der Spindel 12 weist einen Abschnitt 74 mit aufgeweitetem Durchmesser auf, der eine nach oben weisende, ringförmige Hammerfläche 76 bildet. Wie weiter unten noch weiter beschrieben wird, wird dann, wenn die Spindel 12 in axialer Richtung nach oben relativ zu dem Gehäuse 14 mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt wird, die Hammerfläche 76 auf die nach unten weisende Amboßfläche 72 geschlagen, so daß eine erhebliche, nach oben gerichtete axiale Stoßkraft erzeugt wird.
  • Es ist wünschenswert, zu verhindern, daß Schlamm oder ein anderes Material innerhalb der Bohrung das die Stoßvorrichtung betätigende Fluid verschmutzt, und auch zu verhindern, daß ein Verlust an Fluid, das die Stoßvorrichtung betätigt, in die Bohrung auftritt. Aus diesem Grunde weist der obere rohrförmige Abschnitt 50 eine Dichtungsanordnung auf, die aus einer belasteten Lippendichtung 78 und aus einem O-Ring 80 besteht, der unterhalb der belasteten Lippendichtung 78 angeordnet ist.
  • Eine Fluidkammer 82 ist im wesentlichen durch die offenen innenliegenden Zwischenräume zwischen dem inneren Durchmesser des Gehäuses 14 und dem äußeren Durchmesser der Spindel 12 festgelegt. Die Kammer 82 erstreckt sich im wesentlichen in Längsrichtung nach unten über die Länge des Gehäuses 14 und ist an ihrem unteren Ende durch einen Druckausgleichskolben 84 abgeschlossen. Das Innere des Gehäuses 14 unterhalb des Druckausgleichskolbens 84 ist zu dem Ringraum der Bohrung hin durch eine Anzahl von Öffnungen 86 belüftet, die sich in dem zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitt 60 befinden. Das Arbeitsfluid des Werkzeugs ist innerhalb der Kammer 82 eingeschlossen und hat die Möglichkeit, durch einen Betätigungskolben 87 vor- und zurückzuströmen, der innerhalb des zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitts 56 angeordnet ist. Wie weiter unten noch beschrieben wird, weist der Betätigungskolben 87 eine Strömungsbegrenzung auf, die es ermöglicht, einen erheblichen übermäßigen Zug auf die Spindel 12 aufzubringen, gefolgt von einem allmählichen Ablassen des Fluiddrucks durch den Kolben 87 und von einem letztendlichen Auslösen der Stoßvorrichtung 10. Das Arbeitsfluid kann Hydraulikfluid, leichtes Öl oder ähnliches sein.
  • Nunmehr auch auf 2 bezugnehmend, wobei es sich um eine Schnittansicht der 1A an der Sektion 2-2 handelt, ist die innere Oberfläche 88 des zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitts 52 mit einer Anzahl von über den Umfang mit gegenseitigem Abstand verteilt angeordneten Abflachungen 90 versehen. Die Abflachungen 90 sind so konfiguriert, daß sie verschieblich mit einem dazu passenden Satz von außenliegenden Abflachungen 92 zusammenpassen, der auf der Außenseite des Abschnitts 74 mit aufgeweitetem Durchmesser der Spindel 12 gefertigt ist.
  • Das verschiebliche Zusammenwirken der Abflachungen 90 und 92 sorgt für eine relative verschiebliche Bewegung der Spindel 12 und des Gehäuses 14, ohne daß eine relative Drehbewegung zwischen diesen Teilen auftritt. Um das Arbeitsfluid der Stoßvorrichtung 10 in die Lage zu versetzen, schnell an dem Durchmesser 74 mit aufgeweitetem Durchmesser vorbeizuströmen, sind eine Anzahl von außenliegenden Schlitzen in einer oder mehreren der Abflachungen 92 eingearbeitet, die als Strömungsdurchlässe für das Arbeitsfluid wirken.
  • Nachfolgend wird auf 1B Bezug genommen, die zeigt, daß der zwischenliegende rohrförmige Abschnitt 54 mit einem oberen Abschnitt 96 mit reduziertem Durchmesser versehen ist, der mittels Gewinde mit dem oberen Ende des zwischenliegenden Abschnitts 52 bei 98 in Eingriff steht. Die Verbindung zwischen dem zwischenliegenden Abschnitt 52 und dem oberen Abschnitt 96 mit reduziertem Durchmesser ist gegenüber einem Durchgang von Fluid durch einen O-Ring 100 abgedichtet. Der obere Abschnitt 96 mit reduziertem Durchmesser legt eine nach oben weisende, ringförmige Oberfläche 102 fest, gegen die das untere Ende 104 des Abschnitts 74 mit aufgeweitetem Durchmesser der Spindel 12 anliegen kann. Die ringförmige Oberfläche 102 stellt die untere Grenze der nach unten gerichteten axialen Bewegung der Spindel 12 relativ zu dem Gehäuse 14 dar. Der zwischenliegende Abschnitt 54 weist einen im wesentlichen identischen, unteren Abschnitt 106 mit reduziertem Durchmesser auf, der über Gewinde mit dem oberen Ende des zwischenliegenden Abschnitts 56 bei 108 in Eingriff steht. Die Verbindung zwischen dem unteren Abschnitt 106 mit aufgeweitetem Durchmesser und dem zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitt 56 ist gegenüber dem Durchgang eines Fluids durch einen O-Ring 110 abgedichtet. Nunmehr auch auf 3 bezugnehmend, die eine Schnittansicht von 1B an der Sektion 3-3 zeigt, ist der zwischenliegende Abschnitt mit einem oder mehreren Füllanschlüssen 112 versehen, die durch Fluidstopfen 114 abgeschlossen sind. Jeder der Fluidstopfen 114 besteht aus einer sechseckigen Mutter 116, die eine Dichtscheibe 118 zusammendrückt, die mit einem O-Ring 120 und einem Dichtring 122 versehen ist. Der Dichtring 122 ist an dem äußeren Durchmesser des O-Rings 120 angeordnet und ist aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung in 1B nicht mit einem getrennten Bezugszeichen bezeichnet. Die Füllanschlüsse 112 sind dazu bestimmt, das Füllen der Fluidkammer 82 mit Hydraulikfluid zu ermöglichen.
  • Die Wanddicke des zwischenliegenden Abschnitts 54 in der Nähe der Füllanschlüsse 112 muß groß genug sein, um die Profile der Stopfen 114 aufzunehmen, während ausreichend Material vorhanden sein muß, um den großen Drücken zu widerstehen, die mit dem Betrieb der Stoßvorrichtung 10 einhergehen. Dies bringt eine relativ enge Toleranz zwischen dem inneren Durchmesser des zwischenliegenden Abschnitts 54 und dem zwischenliegenden Abschnitt 18 der Spindel 12 mit sich und würde an sich eine bedeutende Verengung bzgl. des Durchgangs von Hydraulikfluid an dem zwischenliegenden Abschnitt 18 vorbei bedeuten. Um diese mögliche Strömungsverengung abzuschwächen, ist der zwischenliegende Abschnitt 18 der Spindel 12 mit einem ovalen Querschnitt versehen, wie dargestellt, der kreissegmentförmige Strömungsdurchgänge 124 auf beiden Seiten davon bildet.
  • Das untere Ende 108 des rohrförmigen Abschnitts 54 bildet eine nach unten weisende ringförmige Fläche 126, gegen die das obere Ende eines Vorspannteils 128 anliegt. Das Vorspannteil 128 besteht vorzugsweise aus einem Stapel von Bellville-Federn, obwohl andere Arten von Federanordnungen möglich sein könnten, wie bspw. eine oder mehrere Spiralfedern. Wie weiter unten mehr im einzelnen beschrieben wird, ist das Vorspannteil 128 dafür ausgelegt, einer nach oben gerichteten axialen Bewegung des Betätigungskolbens 87 entgegenzuwirken und den Betätigungskolben 87 in die in 1B dargestellte Position zurückzubewegen, nachdem eine nach oben gerichtete Stoßbewegung der Stoßvorrichtung 10 aufgetreten ist. Das Vorspannteil 128 stellt auch eine Vorspannung oder Vorbelastung für die Stoßvorrichtung 10 bereit, die die Bedienungsperson in die Lage versetzt, eine nach oben gerichtete axiale Kraft auf die Spindel 12 aufzubringen, ohne daß notwendigerweise ein Auslösezyklus beginnt. Beispielsweise kann das Vorspannteil 128 so konfiguriert sein, daß es eine nach unten gerichtete Kraft von 1000 1b. auf die Spindel 12 ausübt, wobei sich die Stoßvorrichtung 10 in der Position befindet, die in 1A1D dargestellt ist. Solange wie die nach oben gerichtete axiale Kraft, die auf die Spindel 12 aufgebracht ist, diese Vorbelastung nicht überschreitet, beginnt die Stoßvorrichtung 10 keinen Auslösezyklus. Auf diese Weise erhält die Bedienungsperson eine gewisse Flexibilität hinsichtlich des Ziehens an den Komponenten, die mit der Stoßvorrichtung 10 verbunden sind. Wahlweise kann das Vorspannteil 128 weggelassen werden und allein ein hydraulischer Druck verwendet werden.
  • Der Aufbau des Betätigungskolbens 87 kann im einzelnen unter Bezugnahme auf 1B und 4 verstanden werden, wobei es sich um eine Schnittansicht von 1B handelt, an der Sektion 4-4. Der Betätigungskolben 87 stellt einen Mechanismus bereit, um den Abschnitt der Fluidkammer 82, der sich oberhalb von diesem befindet, im wesentlichen abzudichten, um zu ermöglichen, daß sich darin ein Druck aufbaut. Auf diese Weise widersteht die Hydraulikkammer 82 der Bewegung der Spindel 12 nach oben relativ zu dem Gehäuse 14. Dies bedeutet, daß eine relative Bewegung der Spindel 12 nach oben relativ zu dem Gehäuse 14 das Volumen des Abschnitts der Hydraulikkammer 82 oberhalb des Betätigungskolbens 87 vermindert, was zu einem erheblichen Anstieg des inneren Drucks in diesem Abschnitt der Kammer 82 führt, so daß eine axiale Krafte erzeugt wird, um dieser relativen Bewegung zu widerstehen. Dieser Widerstand gegenüber einer relativen Bewegung ermöglicht einen großen Aufbau von potentieller Energie.
  • Der Betätigungskolben 87 hat eine relativ glatte zylindrische Bohrung 130, durch die die Spindel 12 verschieblich angeordnet ist und gegenüber einer Leckage von Fluid um ihre äußere Oberfläche und entlang der Spindel 12 durch ein Paar von O-Ringen 132 und 134 abgedichtet ist, die benachbart zu der äußeren Oberfläche bzw. der inneren Oberfläche des Betätigungskolbens 87 angeordnet sind. Der Betätigungskolben 87 weist einen rohrförmigen Kolbenkörper 136 auf, der durch eine ringförmige Kappe 138 abgeschlossen ist. Die Kappe 138 ist an dem Grundkörper 136 durch vier Sechskant-Inbusschrauben 140 befestigt. Das untere Ende des Grundkörpers 136 ist durch einen Lagerring 142 eingefaßt, der durch eine oder mehrere Stellschrauben 144 an Ort und Stelle gehalten wird. Ein Stützring 146 ist zwischen dem O-Ring 134 und einer nach oben weisenden, ringförmigen Fläche des Lagerrings 142 angeordnet. Ein ähnlicher Ring 148 ist zwischen dem O-Ring 132 und dem oberen Ende des Lagerrings 142 angeordnet. Der Betätigungskolben 87 weist zwei im wesentlichen parallele Strömungsdurchgänge 150 und 152 auf. Der erste Strömungsdurchgang 150 ist so ausgelegt, daß er die begrenzte Strömung des Fluids aus dem Abschnitt der Kammer 82, der sich oberhalb des Kolbens 87 befindet, ermöglicht, um den Aufbau eines Drucks in der Kammer 82 oberhalb des Kolbens 87 zu ermöglichen, während er gleichzeitig zuläßt, daß sich der Betätigungskolben 87 nach oben bewegt, bis die Stoßvorrichtung 10 auslöst, wie mehr im einzelnen noch weiter unten beschrieben wird. In dieser Hinsicht weist der obere Abschnitt des ersten Strömungsdurchgangs 150 eine herkömmliche Strömungsbegrenzungsöffnung 154 auf. Eine Vielfalt von bekannten Strömungsbegrenzungseinrichtungen kann verwendet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Strömungsbegrenzungsöffnung 154 ein Visco Jet, Modell 187. Der zweite Strömungsdurchgang 152 erstreckt sich ebenfalls von dem oberen Ende des Betätigungskolbens 87 und endet unterhalb des O-Rings 132, der zu dem Strömungsdurchgang führt, der durch den Spalt zwischen dem äußeren Durchmesser des Lagerrings 142 und dem inneren Durchmesser des zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitts 56 gebildet wird. Der Strömungsdurchgang 152 ist so ausgelegt, daß er die Strömung des Fluids von dem Abschnitt der Hydraulikkammer 82 durch den Betätigungskolben 87 während dessen nach oben gerichteter Bewegung verhindert, während eine ungehinderte Strömung des Fluids in der umgekehrten Richtung während der nach unten gerichteten Bewegung des Betätigungskolbens 87 zugelassen wird. In dieser Hinsicht weist der Strömungsdurchgang 152 ein herkömmliches Einwege-Strömungsventil auf, das in 1B oder 4 nicht dargestellt ist. Das Einwege-Strömungsventil kann in einer aus einer Vielzahl von herkömmlichen Bauarten ausgeführt sein. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Strömungsventil ein Lee Chek, Modell 187, hergestellt durch die Lee Company, West Brook, Conn. In der dargestellten Ausführungsform enden die Strömungsdurchgänge 150 und 152 an ihren unteren Enden in einer Biegung um 90°. Diese Konfiguration ist nur deshalb notwendig, um den O-Ring 132 zu umgehen. Allerdings sei darauf verwiesen, daß die Strömungsdurchgänge 150 und 152 sich alternativ durch die gesamte Länge des Kolbens 87 erstrecken können, wobei dann die Notwendigkeit für die Biegung um 90° und für den ringförmigen Spalt zwischen dem Lagerring 142 und der inneren Oberfläche des rohrförmigen Abschnitts 56 vermieden wird. Der zwischenliegende rohrförmige Abschnitt 56 weist einen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser auf, der eine nach oben weisende, ringförmige Schulter 156 festlegt, gegen die das untere Ende des Kolbens 87 aufliegt. Diese Schulter 156 legt die untere Grenze der nach unten gerichteten Bewegung des Betätigungskolbens 87 fest.
  • Unter Bezugnahme auf 1B und 1C sei darauf verwiesen, daß der Betätigungskolben 87 gemeinsam mit dem Fluiddruck in dem Abschnitt der Kammer 82 oberhalb des Kolbens 87 und des Vorspannteils 128 so wirkt, daß die nach oben gerichtete Bewegung der Spindel 12 verzögert wird, um den Aufbau einer potentiellen Energie in dem Arbeitsstrang zu ermöglichen, wenn eine Zugbelastung auf die Spindel von der Oberfläche aus aufgebracht wird. Diese Übertragung einer oben wirkenden Kraft auf die Spindel 12 zu dem Betätigungskolben 87 erfordert eine mechanische Verbindung zwischen der Spindel 12 und dem Betätigungskolben 87. Diese mechanische Verbindung wird durch einen im wesentlichen rohrförmigen Klemmring 158 bereitgestellt, der innerhalb des rohrförmigen Abschnitts 56 angeordnet ist. Die Spindel 12 und insbesondere der zwischenliegende rohrförmige Abschnitt 12 davon erstrecken sich durch den Klemmring 158.
  • Der Aufbau des Klemmrings 158 kann im einzelnen verstanden werden, indem nunmehr auch auf 5 Bezug genommen wird, bei der es sich um eine bildliche Darstellung des Klemmrings, der von der Stoßvorrichtung 10 abgenommen ist, handelt. Der Klemmring 158 weist eine Anzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden und in Umfangsrichtung mit gegenseitigem Abstand angeordneten Schlitzen 160 auf, die den zentralen Abschnitt des Klemmrings 158 in eine Anzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden und in Umfangsrichtung mit gegenseitigem Abstand angeordneten Segmenten 162 unterteilen. Während der Arbeitsweise der Stoßvorrichtung 10 werden die Segmente 162 Biegespannungen unterworfen. Daher ist es zweckmäßig, die Enden 164 der Schlitze 160 abzurunden, um die Entstehung von Spannungsspitzen zu vermeiden. Jedes der longitudinalen Segmente 162 weist ein nach außen vorstehendes primäres Teil oder Flansch 166 und eine Anzahl von nach außen vorstehenden, sekundären Teilen oder Flanschen 168 auf. Der primäre Flansch 166 ist oberhalb der sekundären Flansche 168 angeordnet und weist eine größere Breite als die sekundären Flansche 168 auf. Die innenliegende Fläche eines jeden Segments 162 ist mit einem primären, nach innen weisenden Teil oder Flansch 170 und mit einer Anzahl von sekundären, nach innen weisenden Teilen oder Flanschen 172 versehen und die äußere Oberfläche des Abschnitts 18 der Spindel 12 ist mit einer Anzahl von äußeren Nuten oder Flanschen 174 versehen, die so figuriert sind, daß sie mit den primären und sekundären, nach innen weisenden Flanschen 170 und 172 des Klemmrings 178 in Eingriff stehen.
  • Die oberen und unteren Enden des Klemmrings 158 enden in entsprechenden ringförmigen, ebenen Oberflächen 176 und 178. Ein Kompressionsring 180 ist zwischen der oberen ringförmigen Oberfläche 176 und dem unteren Ende des Lagerrings 143 auf dem Betätigungskolben 87 angeordnet. Solange wie die nach innen weisenden Flansche 170 und 172 des Klemmrings 158 in physikalischem Zusammenwirken mit den Flanschen 174 des Abschnitts 18 der Spindel gehalten sind, wird eine axiale Kraft, die auf die Spindel 12 ausgeübt wird, durch dem Klemmring 158 und zu dem Kompressionsring 180 und von dort zu dem Betätigungskolben 87 übertragen.
  • Eine rohrförmige Hülse 182 ist um den Klemmring 158 herum und innerhalb des zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitts 56 angeordnet. Die Hülse 182 ist in einem Abschnitt mit aufgeweitetem Durchmesser des zwischenliegenden Abschnitts 56 angeordnet, der eine nach unten weisende, ringförmige Oberfläche 184 bildet, die die obere Grenze der axialen Bewegung der Hülse 182 festlegt. Das obere Ende der Hülse 182 ist mit einem Abschnitt mit reduziertem Durchmesser versehen, der aus einer Anzahl von nach innen vorstehenden Flanschen 185 besteht, die durch eine entsprechende Anzahl von Nuten 186 getrennt sind, welche so bemessen und konfiguriert sind, daß sie die nach außen vorstehenden, sekundären Flansche 168 des Klemmrings 158 aufnehmen, wenn das Werkzeug 10 ausgelöst wird. Wenn eine nach oben gerichtete, axiale Kraft auf die Spindel 12 ausgeübt wird, bewegt sich der Klemmring 158 langsam nach oben in axialer Richtung, bis ein ausreichender Druck aus der Hochdruckseite der Kammer 82 abgelassen worden ist. In dem Moment, wenn die nach außen vorstehenden sekundären Flansche 168 sich in Ausrichtung mit den Nuten 186 der Hülse 182 befinden, weiten sich die Segmente 182 des Klemmrings in radialer Richtung nach außen auf, bis die Flansche 168 in den Nuten 186 sitzen. An diesem Punkt wird die Spindel 12 von der verzögernden Wirkung des Klemmrings 158 gelöst und zu einer schnellen, nach oben gerichteten Beschleunigung freigesetzt, wobei die Hammeroberfläche 76 auf die Amboßoberfläche 72 getrieben wird.
  • Das untere Ende der Hülse 182 endet in einer nach unten weisenden ringförmigen Oberfläche 188, die auf einem Vorspannelement 190 sitzt. Das Vorspannelement 190 sitzt seineseits auf der nach oben weisenden ringförmigen Oberfläche 192 des zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitts 58. Das Vorspannteil 190 kann eine Wellenfeder, eine Spiralfeder oder eine sonstige Bauart eines Vorspannteils sein. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Vorspannteil 190 eine Wellenfeder. 6 zeigt eine bildliche Darstellung eines beispielhaften Vorspannteils 190 in Form einer Wellenfeder. Wie in 6 dargestellt ist, weist das Vorspannteil 190 eine Anzahl von Erhöhungen 194 auf, die sich in physikalischem Kontakt mit dem unteren Ende der Hülse 182 befinden, und eine Anzahl von Vertiefungen 196, die sich normalerweise in Kontakt mit der nach oben weisenden ringförmigen Fläche 192 befinden. Das Vorspannteil 190 ist so ausgelegt, daß es die Hülse 182 nach oben vorspannt, bis die Flansche 168 und die Nuten 186 ausgerichtet sind. An diesem Punkt versetzt das Vorspannteil 190 die Hülse 182 in die Lage, sich geringfügig in axialer Richtung nach unten zu bewegen, um den Auslösevorgang der Stoßvorrichtung 10 zu vervollständigen. Diese Funktion wird mehr im einzelnen weiter unten beschrieben.
  • Nochmals auf 1 C bezugnehmend, ist das untere Ende des zwischenliegenden rohrförmigen Abschnittes 56 mittels Gewinde mit dem oberen Ende des zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitts 58 bei 198 in Eingriff gebracht. Diese Verbindung ist gegenüber einem Fluiddurchgang durch einen O-Ring 200 abgedichtet.
  • Das untere Ende des zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitts 58 weist einen Bereich 202 mit aufgeweitetem Durchmesser auf, der einen ringförmigen Zwischenraum für die verschiebliche Bewegung des Ausgleichskolbens 84 bereitstellt. Der Ausgleichkolben 84 ist um den unteren rohrförmigen Abschnitt 22 der Spindel 12 gelagert und dafür ausgelegt, sicherzustellen, daß der Druck des Fluids, der auf die untere Seite des Kolbens 87 wirkt, im wesentlichen gleich dem Druck in dem Ringraum ist. Der Ausgleichskolben 84 ist innen abgedichtet, d. h. gegen die Oberfläche des Spindelabschnitts 22, durch einen O-Ring 204 und eine in Längsrichtung beabstandete, belastete oder angedrückte Lippendichtung 206. Der Kolben 84 ist außen abgedichtet, d. h. gegen die innerer Oberfläche des Abschnitts 202 mit aufgeweitetem Durchmesser, durch einen O-Ring 208 und eine in Längsrichtung beabstandete Lippendichtung 210, wobei diese Elemente im wesentlichen identisch mit dem O-Ring 204 und der Lippendichtung 206 sind. Das untere Ende des zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitts 58 steht mittels Gewinde mit dem oberen Ende des zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitts 60 bei 212 in Eingriff. Diese Verbindung ist durch einen O-Ring 214 abgedichtet.
  • Die Gewindeverbindung zwischen dem zwischenliegenden Spindelabschnitt 78 und dem unteren Spindelabschnitt 22 ist gegenüber einem Fluiddurchgang durch einen O-Ring 216 abgedichtet. Wie der Abschnitt 74 mit aufgeweitetem Durchmesser des oberen Spindelabschnitts 10 ist die Außenseite des oberen Ende 118 des unteren, rohrförmigen Spindelabschnitts 22 mit einer sechseckförmigen äußeren Gestalt versehen, wie besser aus 7 hervorgeht, wobei es sich hierbei unreine Schnittansicht der 1C handelt, an der Sektion 7-7. Der sechseckige Querschnitt stellt ebene Oberflächen bereit, um die Verbindung der Abschnitte 18 und 22 mittels Gewinde zu vereinfachen und um Strömungsdurchgänge für Fluid zur Bewegung an dem rohrförmigen Abschnitt 22 vorbei bereitzustellen.
  • Das untere Ende der Stoßvorrichtung 10 wird nachfolgend beschrieben. Unter Bezugnahme auf 1D endet das untere Ende des unteren rohrförmigen Spindelabschnitts 22 in einer elektrischen Anschlußanordnung 220, die ein leitendes Spitzenteil 222 aufweist, welches mittels Gewinde an dem unteren Ende des Segments 28 der Leiterstange 27 befestigt ist. Die Spitze 222 kann aus einer Vielfalt von leitenden metallischen Materialien bestehen, wie bspw. aus Messing, weichem Kohlenstoffstahl oder ähnlichem. In einer beispielhaften Ausführungsform besteht die Spitze 222 aus Messing. Die Spitze 222 ist von dem Spindelabschnitt 22 durch einen isolierenden Abstandsring 224 elektrisch isoliert, der aus einer Anzahl von bekannten isolierenden Kunststoffmaterialien bestehen kann. Der flexible Leiter 33 ist an der Spitze 222 durch eine Stellschraube 228 befestigt. Der flexible Leiter 33 ist vorzugsweise ein umhüllter Leiter oder ein Satz von Leitern, der oder die die Weiterleitung von elektrischem Strom von dem Leiterstangensegment 28 zu einer anderen elektrischen Leiteranordnung 230 ermöglichen, die mit dem Leiterstangensegment 31 verbunden ist, welche im wesentlichen identisch mit der Leiteranordnung 220 ist, allerdings in einer umgekehrten Orientierung. Es sei darauf verwiesen, daß der flexible Leiter 33 mit einem erheblichen Maß an loser Länge versehen ist. Dies ist notwendig, um zu ermöglichen, daß der Leiter 33 in axialer Richtung gestreckt werden kann, wenn die Spindel 12 in axialer Richtung nach oben bewegt wird. Das untere Ende der elektrischen Anschlußanordnung 230 steht mittels Gewinde mit dem Leiterstangensegment 31 in Eingriff. Das Leiterstangensegment 31 ist in einer Bohrung 236 in dem unteren rohrförmigen Abschnitt 62 positioniert. Der untere rohrförmige Abschnitt steht mittels Gewinde mit dem unteren Ende des zwischenliegenden rohrförmigen Abschnitts 60 bei 238 in Eingriff. Das untere Ende 240 des unteren rohrförmigen Abschnitts 62 kann mit einem reduzierten Durchmesser, einem Satz von außenliegenden Gewindegängen 242 und einem Paar O-Ringe 243 versehen sein, um die Verbindung mit einem weiteren, im Bohrloch befindlichen Werkzeug oder einer Komponente einer im Bohrloch befindlichen Anordnung zu erleichtern.
  • Eine Anzahl von Materialien kann dazu verwendet werden, um die größeren Komponenten der Stoßvorrichtung 10 herzustellen. Beispiele sind etwa weicher und legierter Stahl, rostfreie Stähle oder ähnliches. Verschleißflächen wie bspw. die Außenfläche der Spindel 12 können aufgekohlt werden, um eine härtere Oberfläche bilden.
  • Die stoßerzeugende Bewegung der Stoßvorrichtung 10 wird unter Bezugnahme auf 1A bis 1D schließlich verständlich, und auch unter Bezugnahme auf 8A bis 8D einschließlich. 8A bis 8D zeigen die Stoßvorrichtung 10 unmittelbar nachdem sie ausgelöst hat. In einem unbelasteten Zustand befindet sich die Stoßvorrichtung 10 in einer neutralen Stellung, wie sie in 1A bis 1D einschließlich dargestellt ist. Um eine stoßerzeugende Bewegung der Stoßvorrichtung 10 auszulösen, wird eine nach oben gerichtete Zugbelastung auf die Spindel 12 über den Anschluß 34 aufgebracht. Der Bereich von zulässigen Größen von Zugbelastungen und von daher die erzeugte, nach oben gerichtete Stoßkraft ist lediglich durch die strukturellen Grenzen der Stoßvorrichtung 10 und die darin befindlichen Dichtungen begrenzt, und durch den Strang bzw. den Seilzug, an dem die Stoßvorrichtung 10 aufgehängt ist. Wenn eine Kraft auf die Spindel 12 aufgebracht wird, wird eine nach oben gerichtete axiale Kraft auf den Klemmring 158 übertragen, und zwar durch das Zusammenwirken der äußeren Flansche 174 der Spindel 12 mit den nach innen weisenden Flanschen 170 und 172 des Klemmrings 158. Die obere ringförmige Oberfläche 176 des Klemmrings wird dann mit dem Kompressionsring 180 in Zusammenwirken gebracht. Wenn die aufgebrachte Last die Vorbelastung des Vorspannteils 128 überschreitet, wird der Betätigungskolben 87 geringfügig in axialer Richtung nach oben bewegt, so daß das Hydraulikfluid komprimiert wird, das in der Kammer 82 eingeschlossen ist. Die nach oben gerichtete Bewegung des Betätigungskolbens 87 und daraufhin die des Klemmrings 158 und der Spindel 12 werden verzögert durch den Druck des Fluids, das innerhalb des Abschnitts der Hydraulikkammer 82 oberhalb des Betätigungskolbens 87 zusammengedrückt wird, und durch die nach unten wirkende Kraft des Vorspannteils 128, so daß die Möglichkeit geschaffen wird, eine potentielle Energie in dem Strang aufzubauen. Wie weiter oben erörtert, wird eine nach oben gerichtete axiale Bewegung des Betätigungskolbens 87 durch eine eingeschränkte Strömung des Hydraulikfluids von der Hochdruckseite der Kammer 82 durch den Strömungsdurchgang 154 aufgenommen. Der Betätigungskolben 87, der Klemmring 158 und die Spindel 12 führen eine fortgesetzte, stetige aber langsame und nach oben gerichtete Bewegung aus, während das Fluid weiterhin von der Hochdruckseite der Kammer 82 nach unten durch den Betätigungskolben 87 und in die unteren Bereiche der Kammer 82 strömt.
  • Wenn die primären, nach außen weisenden Flansche 166 des Klemmrings 158 soeben von dem oberen Ende der Hülse 182 freikommen, befinden sich die nach außen vorstehenden Flansche 168 im wesentlichen in Ausrichtung mit den Kanälen 186 der Hülse 182. An diesem Punkt können die Segmente 182 sich in radialer Richtung nach außen genügend aufweiten, so daß die nach außen vorstehenden Flansche 174 der Spindel 12 von den nach innen vorstehenden Flanschen 170 und 172 des Klemmrings 158 freikommen, so daß die Spindel 12 die Möglichkeit erhält, sich nach oben ungehindert und schnell relativ zu dem Gehäuse 14 zu verlagern. Ohne die Verengungen des Klemmrings 158 und des Betätigungskolbens 87 beschleunigt die Spindel 12 schnell nach oben und bringt die Hammeroberfläche 76 der Spindel 12 schnell in Kontakt mit der Amboßoberfläche 72 des rohrförmigen Abschnitts 50 des Gehäuses 14, wie in 8A dargestellt ist. Wenn die Spannung auf der Spindel 12 nachgelassen wird, drückt das Vorspannteil 128 den Kolben 87 nach unten in die Position, die in 1B dargestellt ist. Diese nach unten gerichtete Bewegung wird von einer Strömung des Fluids nach oben durch den Kolben 87 hindurch begleitet.
  • Der Klemmring 158 sorgt für einen relativ kurzen Auslöse- oder Abmeßhub. Der Abmeßhub ist näherungsweise durch den Abstand zwischen den primären Flanschen 166 und den untersten sekundären Flanschen 168 festgelegt. Dieser relativ kurze Abmeßhub minimiert die abgelassene oder verlorene potentielle Energie und minimiert das Maß an Arbeitsfluid, das durch den Kolben hindurchgehen muß, so daß die Erzeugung von Wärme in dem Fluid reduziert wird.
  • Der Klemmring 158 ist mit einer Anzahl von hauptsächlich nach außen vorstehenden Flanschen 166 versehen, die breiter sind als die Kanäle 186 in der Hülse 182. Diese beabsichtigte Fehlanpassung im Hinblick auf die Abmessungen ist dazu bestimmt, zu verhindern, daß einer oder mehrere der sekundären, nach außen vorstehenden Flansche 168 vorzeitig mit einem der unteren Kanäle 186 in Eingriff kommen und sich mit diesen verriegeln. Ein solcher vorzeitiger Eingriff zwischen den nach außen vorstehenden sekundären Flanschen 168 und den Kanälen 186 könnte die zusätzliche axiale Bewegung der Spindel 12 verhindern oder zu einem vorzeitigen Lösen der Spindel 12 und als Folge davon zu einer unzureichenden Aufbringung von nach oben gerichteter Stoßkraft führen.
  • Die Funktion des Vorspannteils 190, das in 1C dargestellt ist, wird verständlich, indem nun auf 9 Bezug genommen wird, bei der es sich um eine vergrößerte Schnittansicht der Abschnitte nach 8C handelt, die im wesentlichen durch die gestrichelten ovalen Linien 244 und 246 umschrieben sind. Der Klemmring 158 ist nach einer erheblichen nach oben gerichteten axialen Bewegung dargestellt und unmittelbar vor dem Auslösen über eine radial nach außen gerichtete Bewegung der sekundären, nach außen vorstehenden Flansche 168 in die Kanäle 186 der Hülse 182. Wenn der Klemmring 158 in die Position bewegt wird, die in 9 dargestellt ist, wobei es sich um eine Position unmittelbar vor dem Auslösen handelt, tritt eine Punktbelastung zwischen den Oberflächen 248 der nach außen vorstehenden Flansche 168 und den Oberflächen 250 der Hülse 182 auf. Diese Punktbelastung würde während einer gewissen Zeitspanne andauern, während sich der Klemmring 158 nach oben bewegt, und bis die abgeschrägten Oberflächen der Flansche 168 beginnen, entlang der abgeschrägten Oberflächen der Kanäle 186 nach außen zu gleiten. Wenn die Hülse 182 während dieses Vorgangs ortsfest gehalten wird, kann die Punktbelastung zwischen den Oberflächen 248 und 250 zu einem erheblichen Verschleiß dieser Eckoberflächen führen. Allerdings ermöglicht das Vorspannteil 190, daß die Punktbelastung auf den Oberflächen 248 und 250 die Hülse 182 in axialer Richtung in Richtung des Pfeils 252 nach unten bewegt und das Vorspannteil 190 zusammendrückt. Die nach unten gerichtete axiale Bewegung der Hülse 182 gibt den Flanschen 168 die Möglichkeit, schnell in die Kanäle 186 zu gleiten und die Dauer der Punktbelastung zwischen den Oberflächen 248 und 250 zu minimieren. Auf diese Weise wird der Verschleiß der Eckoberflächen 248 und 250 wesentlich reduziert. Diese Funktion kann auch ohne das Vorspannteil 220 erfüllt werden.
  • Eine alternative, beispielhafte Ausführungsform der Stoßvorrichtung, die hierbei als 10' bezeichnet ist, wird verständlich, indem nunmehr auf 1A, 1C, 1D und auf 10 Bezug genommen wird, bei der es sich um eine Schnittansicht ähnlich 1B handelt. Diese alternative Ausführungsform kann im wesentlichen identisch mit der Ausführungsform der Stoßvorrichtung 10 sein, die in 1A bis 1D dargestellt ist, mit einer wesentlichen Ausnahme. In dieser erläuternden Ausführungsform ist der vorgenannte Betätigungskolben 87 (s. 1B) weggelassen, und der Widerstand gegenüber einer nach oben gerichteten Bewegung der Spindel 12 wird lediglich durch das Vorspannteil bereitgestellt, das nun mit 128' bezeichnet ist, und durch etwa auftretende Reibungskräfte, die auf den Gleitoberflächen der sich bewegenden Teile wirken. Eine axiale Kraft, die auf die Spindel 12 einwirkt, wird durch direkten physikalischen Kontakt mit der Hülse 180' an das Vorspannteil 128' übertragen. Hydraulikfluid ist nach wie vor in der Kammer 82 vorhanden, um die gleitenden Teile zu schmieren. Das Vorspannteil 128' ist so konfiguriert, um eine bekannte, nach unten weisende Kraft bereitzustellen, wenn es bis zu dem Punkt zusammengedrückt wird, an dem der Klemmring 158 auslöst. Auf diese Weise kann das Vorspannteil 128' an der Oberfläche konfiguriert werden, so daß die Stoßvorrichtung 10' eine bekannte, nach oben gerichtete Stoßkraft ausübt, wenn sie ausgelöst wird.
  • Um die Stoßvorrichtung 10' auszulösen, wird eine nach oben gerichtete axiale Kraft auf die Spindel 12 aufgebracht. Wenn die axiale Kraft die Vorbelastung des Vorspannteils 128' überschreitet, bewegen sich die Hülse 180' und die Spindel 12 nach oben, wobei das Vorspannteil 128' zusammengedrückt wird. Wenn die aufgebrachte Last groß genug ist, um das Vorspannteil 128' weit genug zusammenzudrücken, so daß der Klemmring 158 seinen Auslösepunkt erreicht, löst die Stoßvorrichtung 10' aus und gibt eine axiale Stoßkraft ab.
  • Obwohl die Erfindung unterschiedlichen Modifikationen und alternativen Formen unterworfen sein kann, sind spezielle Ausführungsformen im Wege von Beispielen in den Zeichnungen dargestellt worden und sind im einzelnen hierin beschrieben. Allerdings sein darauf verwiesen, daß die Erfindung nicht auf die speziellen, beschriebenen Ausführungsformen begrenzt sein soll. Statt dessen deckt die Erfindung sämtliche Modifikationen, Äquivalente und Alternativen ab, die in den Bereich der Erfindung fallen, wie er durch die folgenden beigefügten Ansprüche festgelegt ist.

Claims (9)

  1. Stoßvorrichtung (10), umfassend: eine Spindel (12); ein Gehäuse (14), das teleskopartig um die Spindel (12) herum angeordnet ist; einen Kolben (87), der zwischen der Spindel (12) und dem Gehäuse (14) angeordnet ist und eine im wesentlichen abgedichtete Kammer (82) in dem Gehäuse (14) schließt, wobei der Kolben (87) einen ersten Strömungsdurchgang (150) und einen zweiten Strömungsdurchgang (152) aufweist, um eine selektive Strömung eines Fluids in die und aus der im wesentlichen abgedichteten Kammer zu ermöglichen; einen Klemmring (158), der in dem Gehäuse (14) angeordnet ist, um selektiv mit der Spindel (12) zusammenzuwirken; und gekennzeichnet durch: eine Hülse (182), die um den Klemmring (158) herum angeordnet ist und relativ dazu bewegbar ist, wobei die Hülse (182) einen Abschnitt mit reduziertem inneren Durchmesser aufweist, an dem sich der Klemmring (158) selektiv in radialer Richtung aufweitet, um das Zusammenwirken mit der Spindel (12) zu lösen.
  2. Stoßvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes Vorspannteil (128), das zwischen der Spindel und dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das erste Vorspannteil so betätigbar ist, daß es einer axialen Bewegung des Kolbens in einer ersten Richtung widersteht.
  3. Stoßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Druckausgleichskolben (84), der in dem Gehäuse angeordnet ist, zum Ausgleichen eines Drucks innerhalb der im wesentlichen abgedichteten Kammer bezüglich eines Drucks außerhalb der Stoßvorrichtung.
  4. Stoßvorrichtung (10), umfassend: ein Spindel (12); ein Gehäuse (14), das teleskopartig um die Spindel (12) herum angeordnet ist; einen Klemmring (158) der in dem Gehäuse (14) angeordnet ist, um selektiv mit der Spindel (12) zusammenzuwirken; und gekennzeichnet durch: eine Hülse (182), die um den Klemmring (158) herum angeordnet ist und relativ dazu bewegbar ist, wobei die Hülse (182) einen Abschnitt mit reduziertem inneren Durchmesser aufweist, an dem sich der Klemmring (158) selektiv in radialer Richtung aufweitet, um das Zusammenwirken mit der Spindel (12) zu lösen; und ein erstes Vorspannteil (128'), das in dem Gehäuse (14) angeordnet ist, um der axialen Bewegung der Spindel (12) entgegenzuwirken.
  5. Stoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Vorspannteil eine Anzahl von aufeinander geschichteten Bellville-Federn aufweist.
  6. Stoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt mit reduziertem inneren Durchmesser der Hülse (182) eine Anzahl von ringförmigen Kanälen (186), und wobei der Klemmring eine Anzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden, in Umfangsrichtung beabstandeten Segmenten (162) aufweist, wobei zumindest zwei der Segmente eine Anzahl von nach außen vorstehenden Teilen (166, 168) aufweisen, wobei eines (166) aus der Anzahl von nach außen vorstehenden Teilen größer bemessen ist als die Anzahl von Kanälen (186), und wobei der übrige Teil (186) so bemessen ist, daß er in die Anzahl von Kanälen (186) paßt.
  7. Stoßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen vorstehenden Teile (166, 168) aus Flanschen bestehen.
  8. Stoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, oder 4, gekennzeichnet durch ein zweites Vorspannteil (190), um die Hülse (182) in eine vorab gewählte Position vorzuspannen, bis sich der Klemmring in radialer Richtung aufweitet.
  9. Stoßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Vorspannteil aus einer Wellenfeder besteht.
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