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Keilanordnung zum Abfangen von Bohrgestängen o. dgl. Das Abfangen
großer Gestänge- und Futterrohrlasten im Bohrbetrieb erfolgt beim Ein- und Ausbau
im allgemeinen durch Keile. Mehrere Keilsegmente werden dabei in einer kegelig ausgedrehten
Öffnung des Drehtisches ringförmig um das Gestänge oder die Futterrohre eingesetzt
und berühren dann einerseits den zylindrischen Mantel des Gestänges, andererseits
die kegelförmige Innenfläche der Öffnung. Infolge der zwischen Gestängemantel und
den Keilen auftretenden Reibung und des Eigengewichts der Keile werden diese tiefer
in die Öffnung gezogen, sobald der meist sehr schwere Gestängestrang gesenkt wird.
Durch die Keilwirkung wird der Gestängemantel um so fester eingeklemmt, je größer
die Gestänge- bzw. Rohrlast und je schlanker die Keilfläche ist.
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Die Keilsegmente sind gewöhnlich an ihrer zylinderabschnittförmigen
Innenseite mit Zähnen oder sonstigen kleinen Vorsprüngen versehen, welche sich unter
dem sich aus der Keilwirkung ergebenden Anpreßdruck in den Gestängemantel mehr oder
wenig tief eingraben. Sie verletzten damit das Materialgefüge durch Kerben und bringen
an diesen Stellen früher oder später das Rohrmaterial zum Bruch.
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Es hat sich herausgestellt, daß ein Außenkegel mit einer Neigung r
: 3 das Gestänge hält, wenn die Zähne scharf genug sind und das Gestängematerial
angreifen. Die Keile lassen sich bei einem solchen Kegel auch mit Sicherheit ohne
Schwierigkeiten und ohne zusätzliche Kraftwirkung durch Anheben des Gestänges wieder
lösen und werden deshalb als nicht selbsthemmend bezeichnet. Bei einem Kegel mit
einer Neigung r : 4 ist ein Lösen der Keile durch Anheben des Gestänges jedoch schon
nicht mehr leicht möglich, sondern es müssen zusätzlich größere Kräfte auf den Drehtisch
einwirken, wenn man die Keile lösen will. Bei einem noch schlankeren Kegel, etwa
mit einer Neigung t : 5, wird das Lösen noch schwerer oder sogar unmöglich und die
Verletzungen der Gestänge und Rohre durch die Zähne der
Keile noch
stärker. In diesen Fällen spricht man von einem selbsthemmenden Keil. Stumpfen andererseits
die Zähne der Keile durch öfteren Gebrauch ab, so rutscht das Gestänge zwischen
den Keilen hindurch. Ein Ein- oder Ausbau des Gestänges ist in diesem Falle nicht
mehr möglich, und man läuft Gefahr, daß es ganz in das Bohrloch fällt.
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Während also bei einem Kegel von i : 3 scharfe Zähne o. dgl. nötig
sind, um das Gestänge festzuhalten, wobei zwar ein leichtes Lösen der Keile möglich
ist, zugleich aber auch durch Ankerbung des Rohmaterials eine Materialzerstörung
am Gestänge eingeleitet wird, tritt bei schlankeren Kegeln von i : 4 und darunter
eine Materialzerstörung in verstärktem Maße ein, und außerdem wird, wie bereits
erwähnt, das Lösen mit schlankerem Kegel zunehmend schwieriger.
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Um nun eine diesbezügliche Anordnung zu schaffen, mit der beide Nachteile
beseitigt werden, soll erfindungsgemäß jedes Segment der Gestänge- bzw. Futterrohrabfangkeile
aus einem inneren und einem äußeren Körper bestehen, deren gegenseitige Berührungsflächen
in der Längsrichtung mit einer geringeren Neigung zur Gestängeachse verlaufen als
die gegenseitigen Berührungsflächen des äußeren Keilkörpers und des Drehtisches.
Das äußere Keilstück hat außen eine nicht selbsthemmende Neigung von etwa i :3 und
innen eine selbsthemmende Neigung etwa zwischen i : 4,5 und i : 7,5, die mit der
Außenfläche des inneren Keilstückes übereinstimmt, das seinerseits auf der Innenseite
mit einer zylindrischen Fläche den Gestängemantel dicht umfaßt.
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Um eine solche Unterteilung der einzelnen Keilsegmente im Sinne eines
Keilgetriebes zur Auswirkung kommen zu lassen, werden die beiden zusammengehörenden
Körper jedes Keilpaares in ihrer Längsrichtung in begrenztem Maße gegeneinander
verschiebbar angeordnet. Dem durch die Reibung am Bohrgestänge verursachten Hineinziehen
des inneren Keilkörpers in den äußeren Keilkörper wird vorzugsweise durch eine Feder
o. dgl. elastisch entgegengewirkt. Trotz der in anderem Zusammenhang, z. B. bei
Grubenstempeln, bereits bekannten Verwendung von Keilgetrieben ist man bisher nicht
auf den Gedanken gekommen, eine derartige Anordnung auch bei Bohrgestängen vorzusehen.
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Weitere bauliche Einzelheiten der neuen Anordnung, wie z. B. bezüglich
der Sicherung der inneren Keilsegmentkörper gegen Herausfallen in der Längs- oder
Querrichtung sowie die mit der Erfindung erreichten Vorteile ergeben sich aus der
nachstehenden Beschreibung einer auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsform.
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Abb. i zeigt eine derartige Keilanordnung zum Abfangen eines Bohrgestänges
im axialen Längsschnitt, während Abb. 2 dasselbe im Querschnitt erkennen läßt. Der
Drehtisch i einer Bohranlage ist mit einer nach unten sich verjüngenden, kegelförmigen
Öffnung 2 zum Durchführen des Bohrgestänges.3 versehen. In dieser Öffnung ist zum
Abfangen des Bohrgestänges beim Ein- und Ausbau ein aus drei Segmenten mit geringen
gegenseitigen Abständen bestehender Keilring angeordnet. Jedes Keilsegment setzt
sich wieder aus zwei Einzelkörpern 4, 5 zusammen, und zwar in der Weise, daß der
eine Körper 4 mit seiner zylinderabschnittförmigen, durch einige Längs- und Quernuten
6 unterbrochenen Innenfläche dem Mantel des Bohrgestänges angepaßt ist, während
der andere Körper 5 eine der Innenwand der Drehtischöffnung 2 entsprechend geneigte
Außenfläche hat, die ebenfalls durch Aussparungen 7 in der Längs- und Querrichtung
unterbrochen ist.
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Bei der dargestellten Ausführungsform hat der Berührungskegel zwischen
den äußeren Segmentkeilkörpern 5 und der Öffnung 2 des Bohrtisches eine Neigung
von i :3, der Berührungskegel zwischen den inneren und den äußeren Segmentkeilkörpern
4,5 eine solche von ungefähr i : 5,5. Die Außenflächen der inneren Körper 4 und
die Innenflächen der äußeren Körper 5 verlaufen in der Umfangsrichtung nach einer
aus einzelnen geraden Abschnitten sich zusammensetzenden, gebrochenen Linie. Dadurch
wird in Zusammenhang mit außerdem an den seitlichen Begrenzungen der äußeren Keilkörper
nach innen vorspringenden Nasen 8 die gegenseitige Lage der einzelnen Keilpaare
in dieser Richtung gesichert. In der Längsrichtung sind die inneren Keilkörper gegenüber
den äußeren Keilkörpern dagegen in einem durch nach innen vorspringende Nasen 9,
io am oberen bzw. unteren Ende der letzteren begrenzten Masse verschiebbar. Gegen
die Unterseite der inneren Keilkörper anliegende Stahlfedern i i stützen sich in
der entgegengesetzten Richtung gegen die unteren Nasen io der äußeren Keilkörper
ab. Am oberen Ende der letzteren angebrachte Handgriffe 12 dienen zum Einsetzen
und Herausnehmen der einzelnen Keilpaare.
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Das Gewicht des durch die Öffnung des Bohrtisches geführten Bohrgestänges
wird von einer solchen Keilanordnung in der `'eise abgefangen, daß die inneren Keilsegmentkörper
4, die zunächst durch die verhältnismäßig schwachen Federn io ganz oder nahezu in
ihrer oberen Grenzlage gehalten werden, durch die Reibung zwischen ihnen und dem
Gestängemantel etwas nach unten mitgenommen. werden. Durch diese Verschiebung der
inneren gegenüber den äußeren Keilkörpern, die infolge ihres größeren äußeren Neigungswinkels
im Topf 2 nicht oder nur ganz unwesentlich nachrutschen können, erhöht sich die
Klemmwirkung der Keilpaare gegenüber dem Gestänge. Sobald das Produkt aus dem Anpreßdruck
und dem Reibungsbeiwert größer geworden ist als das Gewicht des Gestänges, wird
das letztere festgehalten.
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Bei Anordnung derartiger Keilgetriebe besteht die Möglichkeit, den
zum Abfangen des Bohrgestänges jeweils erforderlichen Anpreßdruck durch eine entsprechend
bemessecie Kegelneigung innerhalb der Keilpaare zu erreichen. Der von dieser Neigung
abhängige Flächendruck und der gegebenenfalls durchbesondereMittelzuverringerndeReibungsbeiwert
dürfen allerdings die Reibungskraft zwischen den inneren und den äußeren Keilkörpern
erst dann so groß werden lassen wie die Reibungskraft zwischen den inneren Keilkörpern
und dem
Gestänge, wenn diese größer geworden ist als das Gewicht
des Gestänges. Andernfalls würden nämlich die inneren Keilkörper schon vor dem Erreichen
einer genügenden Klemmwirkung nicht mehr weiter nachrutschen.
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Ein besonderer Vorteil der neuen Anordnung ist auch noch, daß das
Bohrgestänge nicht mehr mittels scharfer Zähne o. dgl. gehalten zu werden braucht,
sondern die Klemmwirkung glatter Flächen genügt, welche die Außenfläche des Gestängemantels
nicht beschädigen. Es muß lediglich darauf geachtet werden, daß die Klemmflächen
genügend groß sind, um den spezifischen Flächendruck in angemessenen Grenzen zu
halten und eine Materialverformung des Gestängemantels durch Eindrücken in denselben
zu vermeiden.
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Beim Anheben des Gestänges lösen sich zunächst die äußeren Keilsegmentkörper
infolge ihrer nicht selbsthemmenden äußeren Kegelneigung aus der Öffnung des Drehtisches.
Damit werden die Reihungskräfte zwischen den beiden Körpern eines jeden Keilpaares
aufgehoben, so daß sich nunmehr auch die inneren Keilsegmentkörper leicht vom Gestütige
lösen.
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Die Nuten 6 auf der Innenseite der inneren Keilkörper .4 dienen zum
Durchlaufen der den Gestängemantel benetzenden Spülflüssigkeit. Gegebenenfalls kann
es zweckmäßig sein, die inneren Keilsegmentkörper .4 in ihrer Liingsrichtung zu
unterteilen, so daß ihre I?inzelstücke sich dem Bohrgestängemantel noch besser anschmiegen
können; diese Ausführung ist auf der Zeichnung nicht besonders dargestellt.