DE631398C

DE631398C - Connection between rotary drill bit and drill collar

Info

Publication number: DE631398C
Application number: DEP71335D
Authority: DE
Inventors: Friedrich Fallboehmer
Original assignee: PREUSSISCHE BERGWERKS und HUET
Current assignee: PREUSSISCHE BERGWERKS und HUET
Priority date: 1935-05-30
Filing date: 1935-05-30
Publication date: 1936-06-19

Description

Bei tiefen Rotarybohrungen ist es infolge des schweren Gestänges schwierig, so von Hand nachzulassen, daß der Bohrdruck gleichbleibend ist. Der Bohrer erhält dabei entweder zu wenig Druck/ dann verringert sich die Bohrleistung, oder er erhält zuviel Druck, dann verklemmt er, und das Gestänge \vird zu hoch beansprucht. Ferner treten bei schräg einfallendem Gebirge und beim Wechsel von weichen in harte Schichten Kräfte auf, die das Gestänge auf Biegung beanspruchen und Biegungsschwingungen im Gestänge hervorrufen. Diese Biegungsschwingungen in Verbindung mit Drehschwingungen führen oft zum Bruch des Gestänges. Die Brüche erfolgen meistens in einer Tiefe, die zwischen 10 und 100 m über der Bohrlochsohle liegt. Die Beseitigung eines jeden Bruches kostet viele hundert, oft auch viele tausend Mark. Solche Brüche auf ein Minimum herabzusetzen ist Zweck der vorliegenden Erfindung.It is a consequence of deep rotary bores the heavy rod difficult to slacken by hand so that the drilling pressure is constant. The drill gets in the process either too little pressure / then the drilling performance is reduced, or he receives too much Pressure, then it jams and the linkage is stressed too much. Further occur with sloping mountains and when changing from soft to hard layers Forces that stress the linkage on bending and bending vibrations in the Create linkage. These bending vibrations in connection with torsional vibrations often lead to the breakage of the linkage. The breaks are mostly made at a depth that lies between 10 and 100 m above the bottom of the borehole. Eliminating everyone Bruches costs many hundreds, often many thousands, of marks. Such breaks to a minimum to reduce is the purpose of the present invention.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Drehbohrmeißel 1 gegenüber der Schwerstange 3 (Fig. 2) in axialer Richtung beweglich zu machen und zwischen beide ein elastisches Glied, z. B. eine kräftige, weich arbeitende Feder, einen gas- oder luftgefüllten Zylinder, einen Gummipuffer o. dgl., zu legen, um die Wirkung der beim Bohren schlagartig auftretenden axialen Kräfte damit zu dämpfen. Ferner bietet diese Vorrichtung die Möglichkeit, weniger sorgfältig nachzulassen, weil die Belastung des Bohrers nur über den elastischen Teil erfolgen kann.' Während ein auch nur geringes Nachlassen von z. B. 5 mm ohne elastisches Glied sofort eine erhebliche Mehrbelastung des. Bohrers hervorruft, die sich aus einer Gestängelänge ergibt, welche sich aus einer Dehnung des Gestänges um 5 mm errechnet, kann sich die Bohrerbelastung bei Anwendung eines elastischen Gliedes nur allmählich ändern.According to the invention it is proposed that the rotary drill bit 1 be positioned opposite the drill collar 3 (Fig. 2) to make movable in the axial direction and between the two elastic member, e.g. B. a strong, soft-working spring, a gas or air-filled one To put a cylinder, a rubber buffer or the like to dampen. Furthermore, this device offers the possibility of easing off less carefully, because the drill can only be loaded via the elastic part. ' While even a slight decrease in z. B. 5 mm without an elastic member immediately causes a considerable additional load on the drill, which results from a rod length results, which is calculated from an expansion of the rod by 5 mm, the Only change the drill load gradually when using an elastic member.

Vorrichtungen zur Erzielung eines gleichbleibenden Bohrerdruckes sind schon bekanntgeworden. Bei diesen ist der Meißel fest mit der darübersitzenden Schwerstange verschraubt (Fig. 1). Über der Schwerstange ist eine Vorrichtung angebracht nach Art der bekannten Schlagschere, mit welcher über ein Vierkant die Drehkräfte übertragen werden. In der Achsrichtung ist Meißel mit Schwerstange gegenüber dem Gestänge um etwa ι m beweglich. Diese bekannte Vorrichtung gestattet auch, ein Nachlassen des Gestänges ohne Veränderung des Bohrdruckes, da dieser durch die Schwerstange erzeugt wird und das Gestänge sich in Achs-Devices for achieving a constant drill pressure have already become known. In these, the chisel is firmly screwed to the drill collar above it (Fig. 1). A device of the type is attached above the drill collar well-known guillotine shears, with which the rotational forces are transmitted via a square. In the axial direction, the chisel with the drill collar can be moved by about ι m with respect to the rod. This known device also allows a slackening of the rod without changing the drilling pressure, because this is generated by the drill collar and the linkage is in axial

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Friedrich Fallböhmer in Edemissen, Kr. Feine.Friedrich Fallböhmer in Edemissen, District of Feine.

richtung bis zu im bewegen kann ohne auf Schwerstange und Meißel zu drücken. Sie hat jedoch den Nachteil, daß. schlagartig am- Meißelumfang auftreten^ Gegendrücke ungedämpft auf die Schw stange wirken und von dort auf das stange quer zur Gestängeachse als Biege* schwingungen übertragen werden. Ferner kann man einen größeren Druck, als dem ίο Gewicht der Schwerstange entspricht, nicht mehr in der gleichen Weise auf den Meißel übertragen, weil in diesem FaJIe ein Teil des Gestänges auf die Schwerstange drücken muß, wodurch wieder eine in axialer Richtung starre Verbindung entsteht, die ein gleichmäßiges Nachlassen von Hand bei gleichbleibendem Bohrdruck nicht mehr gestattet. Die Schwerstange von vornherein schwerer zu machen, verbietet einesteils der gewünschte normale Bohrdruck und die sich sonst bemerkbar machenden UnzulängKchkeiten in der Erhaltung eines gleichbleibenden Bohrdruckes, andernteils aber auch der ungünstige Einfluß der größeren Schwerstangenmasse auf die Drehschwingungen.direction up to im can move without pressing on the drill collar and chisel. However, it has the disadvantage that. Suddenly occur on the circumference of the chisel ^ Counter-pressures act undamped on the swing rod and from there are transmitted to the rod transversely to the rod axis as bending vibrations. Furthermore, a pressure greater than the weight of the drill collar can no longer be transferred to the chisel in the same way, because in this case part of the rod must press on the drill collar, which again creates a connection that is rigid in the axial direction, which no longer allows an even release by hand with constant drilling pressure. Making the drill collar heavier from the start prohibits on the one hand the desired normal drilling pressure and the otherwise noticeable inadequacies in maintaining a constant drilling pressure, but on the other hand the unfavorable influence of the larger drill collar mass on the torsional vibrations.

Es ist auch schon eine elastische Verbindung zwischen Schlagbohrmeißel und Bohrgestänge bekanntgeworden. Da Schlagbohrgestänge, wenn es nicht brechen soll, nur auf Zug beansprucht werden darf, hat man sog. Rutschscheren vorgesehen, welche eine Stauchung des Gestänges beim Meißelaufschlag verhindern. Da sich hierbei für den mit dem Gestänge fest verbundenen Teil der Rutschschere ein größerer Hub ergibt, als ihn der mit dem Bohrmeißel fest verbundene Teil derselben mächt, erfolgt das Anheben des. Meißels beim Aufwärtsgang plötzlich, weil ersteres bereits eine gewisse Geschwindigkeit erreicht hat, während letzteres noch stillsteht. Hierdurch würde eine schlagartige Zugbeanspruchung des Gestänges erfolgen, weshalb man schon vorgeschlagen hat, Federn zwischen beide Teile einzuschalten. Man nannte dann die Rutschschere Federbüchse. Pruckbeanspruchungen im Schlagbohrgestänge sind bei richtiger Verwendung der Rutschschere oder der Federbüchse ausgeschlossen, und die durch das Schlagbohrverfahren begründeten schlagartigen Zugbeanspruchungen werden durch die Federn gedämpft, wodurch eine Schonung des Schlagbohrgestänges durch diese elastische Verbindung eintritt.It is already an elastic connection between the percussion drill bit and the drill rod known. Since impact drill rods may only be used in tension if they should not break, so-called. Sliding shears are provided, which compress the rod when the chisel hits impede. Since this is for the part of the sliding scissors that is firmly connected to the linkage a larger stroke results than the part of the same firmly connected to the drill bit powerful, the chisel is raised suddenly when going up, because the former has already reached a certain speed while the latter is still standing still. This would result in sudden tensile stress of the linkage, which is why it has already been proposed to insert springs between the two parts. One then called the slide spring box. Pruck loads in the hammer drill rod are at Proper use of the sliding scissors or the spring sleeve excluded, and the through the impact drilling process justified sudden tensile loads are caused by the springs are dampened, which means that the impact drill rod is protected by this elastic connection.

Während beim Schlagbohren Vorbedingung ist, keine Druckbeanspruchungen des Gestänges zu erhalten, sind die Verhältnisse beim Drehbohren .aber wesentlich andere. Man benötigt zum Drehbohren einen möglichst hohen B ohr druck. Während der notwendige Bohrdruck beim Drehbohren dauernd erhalten bleiben muß, wobei die beschriebenen Nachteile für das Drehbohrgestänge auftreten, ist die Mitwirkung des Gestänges beim „,Schlagbohren unnötig, ja, es treten gar keine Ifcjuckbeansprucnungen im Gestänge auf. Es ^'jfät die Wirkung der elastischen Verbindung i$$ Federbüchse für Schlagbohren auch nicht §?vthrend der wirklichen Bohrarbeit ein wie beim Drehbohren, sondern erst nach der jeweiligen Verrichtung derselben. Während beim Schlagbohren durch das elastische Glied übermäßige, aber weniger gefährliche Zugbeanspruchungen vermieden werden sollen, sollen beim Drehbohren die gefährlicheren Druck- und Biegebeanspruchungen des Gestänges beseitigt bzw. gedämpft werden. Ausführung und Wirkung der Federbüchse für Schlagbohrung ist daher auch eine andere und in der Hauptsache entgegengesetzte als die für die Drehbohrung.While hammer drilling is a precondition for not subjecting the rod to compressive stress, the conditions for rotary drilling are, however, significantly different. The highest possible drilling pressure is required for rotary drilling. While the necessary drilling pressure must be maintained permanently during rotary drilling, with the disadvantages described for the rotary drilling rods occurring, the cooperation of the rods in “percussion drilling is unnecessary, yes, there are no jerking stresses in the rods at all. The effect of the elastic connection in the spring sleeve for hammer drilling does not occur during the actual drilling work as in rotary drilling, but only after it has been performed. While excessive but less dangerous tensile stresses are to be avoided by the elastic member during impact drilling, the more dangerous compressive and bending stresses of the rods should be eliminated or dampened during rotary drilling. The design and effect of the spring sleeve for percussion bore is therefore also different and, in the main, opposite to that for the rotary bore.

Fig. ι der Zeichnung stellt die bisher gebräuchliche Anordnung des Bohrers zur Schwerstange und zum-Gestänge dar.Fig. Ι of the drawing represents the hitherto common Arrangement of the drill to the drill collar and the linkage.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Anordnung gemäß der Erfindung.Fig. 2 shows an example of the arrangement according to the invention.

Die Gleichmäßigkeit des Bohrdruckes auf den Bohrmeißel 1 wird durch Nachlassen des Gestänges 4 von über Tage aus geregelt. Im gleichen Maße, wie der Bohrer vordringt, wird das Gestänge nachgelassen. An einem Seilzugmesser im Bohrturm kann der Kranführer feststellen, wenn er nachlassen muß. Die Schwerstange 3 und ein Teil des Gestänges 4 erzeugen den gewünschten Bohrdruck, welcher sich über den Übergang 5 auf die Feder 6 und .auf das Führungsstück 7 überträgt. Das Führungsstück 7 ist über den Übergang 10 durch Gewinde mit dem Meißel 1 starr verbunden und besitzt eine zylindrische Verstärkung 11, welche im Führungsrohr 2 geführt ist. Der untere Teil des Führungsrohres 2 besitzt einen viereckigen Durchlaß 8, in welchem der untere vierkantige Teil 9 des Führungsstückes 7 die Drehkräfte kraftschlüssig überträgt und darin axial beweglieh ist. Treten nun .axiale Schläge beim Bohren im einfallenden Gebirge auf, wie sie z. B. beim Übergang, von weichem in hartes Gebirge sich ergeben, so werden die Kräfte vom Meißel über das Führungsstück 7 auf die Feder 6 übertragen. Die Feder gibt dabei nach, so daß der Meißel über den augenblicklichen Widerstand hinweggleiten kann, ohne daß dabei das Bohrgestänge merklich stärker beansprucht wird. Die Feder 6 als auch die darüberliegende Masse der Schwerstange dämpfen den Schlag.. Ferner ist es nicht mehr nötig, das Nachlassen des Gestänges millimeterweise erfolgen zu lassen, da der B ohr druck infolge der Wirkung der Feder wenig beeinflußt wird, falls etwas zuviel oder zuwenig nachgelassen wird. Anderer-The uniformity of the drilling pressure on the drill bit 1 is achieved by releasing the Linkage 4 regulated from above ground. As the drill penetrates, the linkage is released. The crane operator can use a cable knife in the derrick determine when it needs to subside. The drill collar 3 and part of the linkage 4 generate the desired drilling pressure, which is transferred to the spring 6 and to the guide piece 7 via the transition 5. The guide piece 7 is threaded to the chisel 1 via the transition 10 rigidly connected and has a cylindrical reinforcement 11, which in the guide tube 2 is led. The lower part of the guide tube 2 has a square passage 8, in which the lower square part 9 of the guide piece 7, the rotational forces non-positively transmits and is axially movable therein. Axial blows now occur Drilling in the falling mountains, as they are, for. B. when transitioning from soft to hard Mountains arise, so the forces from the chisel on the guide piece 7 on the spring 6 transferred. The spring gives way so that the chisel over the instant Resistance can slide away without the drill pipe being noticeably more stressed. The spring 6 as well as the overlying mass of the drill collar dampen the impact. Furthermore, it is no longer necessary to slacken the linkage To be carried out millimeter by millimeter, as the pressure in the ear is due to the action of the spring little affected if something is slacked off too much or too little. Another-

seits kann man den Bohrdruck durch zusätzliche Belastung mittels des Bohrgestänges verstärken, ohne dadurch eine .starre axiale Verbindung des Bohrgestänges mit dem Bohrer zu erhalten.on the other hand, the drilling pressure can be increased by additional loading by means of the drill rod without creating a rigid axial connection between the drill rod and the drill to obtain.

Claims

Claim:
Connection between rotary drill bit and drill collar, characterized by a connecting member that is elastic in the direction of the borehole axis.

For this purpose ι sheet of drawings