EP0436046A1 - Abbauortseitig angeordnete Dämpfungseinrichtung für einen Kernbohrstrang - Google Patents

Abbauortseitig angeordnete Dämpfungseinrichtung für einen Kernbohrstrang Download PDF

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EP0436046A1
EP0436046A1 EP90100028A EP90100028A EP0436046A1 EP 0436046 A1 EP0436046 A1 EP 0436046A1 EP 90100028 A EP90100028 A EP 90100028A EP 90100028 A EP90100028 A EP 90100028A EP 0436046 A1 EP0436046 A1 EP 0436046A1
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EP
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face
transition piece
drill string
drillstring
drill
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Withdrawn
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EP90100028A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Nikolay Dimitrov Dipl.-Ing. Nenkov
Dimo Stoyanov Dipl.-Ing. Yordanov
Peter Vladimirov Dipl.-Ing. Nedyalkov
Evgeni Dmitrievich Dipl.-Ing. Hromin
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Geologoprouchvatelno Predpriatie
Original Assignee
Geologoprouchvatelno Predpriatie
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B25/00—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/07—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers

Definitions

  • the invention relates to a damping device for a core drill string arranged on the extraction site, which has a hollow cylindrical housing which is connected on one end face to a transition piece on the drill string side and on the other end face to a transition piece on the drill tool side.
  • damping devices are used in core receiving tubes in front of the drilling tool or stone breaking tool for drilling massive ores.
  • a damping device which has a cylindrical transition piece on the drill string side, into which an internal thread is cut at both ends.
  • the drill string-side transition piece is connected to the external thread of a spindle by its internal thread on the drilling tool side.
  • the transition piece also has a step-shaped external thread on the drill string side. Wedge springs are inserted in the grooves in the step on the drilling tool side. These wedge springs protrude into seats in one with two shoulders provided nut, which comprises the drill-side step of the drill string-side transition piece and is connected to a housing by means of a thread.
  • a drill string-side ring is freely arranged between the inner wall of the housing and the spindle, on which the end of the drill string-side transition piece rests on the drill tool side.
  • the interior between the housing, the drill string side ring, the spindle and a drill tool side ring forms a working chamber.
  • This working chamber is divided into individual sections by intermediate bushings.
  • a spherical head of the spindle is arranged in each section. The sections are all filled with active elements in the form of spheres.
  • the ring on the drilling tool side which forms the movable floor of the working chamber, rests on slotted springs of different lengths arranged concentrically one inside the other. These springs in turn lie on an annular nut, below which there is a transition piece on the drilling tool side, these two components being connected to the housing by means of threads.
  • the known damping device has a small inner diameter, which impairs the uniform feed of the drill pipe and the size of the core that can be obtained.
  • the damping device is axially relatively long and complicated in construction. The damping capacity is insufficient.
  • the object underlying the invention is therefore to design the damping device of the generic type in such a way that it dampens longitudinal vibrations in a wide range with a simple structure and without changing the outside and inside diameter of the drill pipe.
  • the drill string-side transition piece has an external thread on the drill tool side for connection to an internal thread in the housing, that forehead fingers are formed on the housing at its drill-tool end, which engage with end fingers on the drill-string end of the drill-tool transition piece, that outer spring rings and inner spring rings are arranged in the interior of the housing, which together form a spring assembly that the spring assembly with its drill string end face is in contact with the drill tool end face of the drill string transition piece and rests with its drill end face on the drill string end face of a spacer bushing, that the spacer bush with its drill end face on the drill string end face of a drill piece on the inside transition piece projecting shoulder rests that an annular surface on the drill tool side of the inwardly projecting shoulder is in contact with an annular surface on a drill string side n outer shoulder stands on a cylindrical limiting bush arranged within the spring assembly and that the limiting bush is connected to an internal thread on the drill string-side transition piece via an external thread
  • the axial pressure of the drill pipe is transmitted to the drilling tool via the transition piece on the drill string side, the spring assembly and the transition piece on the drilling tool side.
  • the torque is transmitted from the drill string through the transition piece on the drill string side and the housing through the engagement of the forehead fingers to the drilling tool.
  • the forces that arise when the core is torn loose are absorbed by the limiting bush.
  • the longitudinal vibrations during drilling are dampened by a radial deformation of the outer spring washers and the inner spring washers as well as by the friction caused by the axial pressure between the contact surfaces.
  • a drill string 1 is provided with an internal thread at its end on the drilling tool side.
  • An external thread 2 of a hollow cylindrical transition piece 3 on the drill string side is screwed into this internal thread.
  • the transition piece 3 has at its end on the drill tool side an external thread 4 with which it is screwed into an internal thread on the end of a housing 5 on the drill string side.
  • the housing 5 is hollow cylindrical. Its end on the drilling tool side is thickened and provided with end fingers 6. These end fingers 6 are in the engagement with end fingers 7 shown in the drawing at the drill string end of a drill tool-side transition piece 8 which has a smooth cylindrical outer surface and a stepped inner surface.
  • the transition piece 8 on the drilling tool side is provided with an internal thread 9, with which an external thread of a stone-breaking tool or drilling tool 10 is in threaded engagement.
  • Outer spring rings 11 and inner spring rings 12 are arranged in the cylindrical interior of the housing 5, which together form a spring assembly 13.
  • the outer spring rings 11 have a cylindrical outer surface and a double-conical inner surface.
  • the inner spring rings 12 have a cylindrical inner surface and a double-conical outer surface, the inner surfaces of the outer spring rings 11 projecting into the outer surfaces of the inner spring rings 12 by a corresponding complementary design.
  • the end of the spring assembly 13 on the drill string side projects with the end face of the drill string side on the drill tool side 3 in contact. With its end on the drilling tool side, the spring assembly 13 rests on a support shoulder of a cylindrical spacer bush 15. With the end face on the drilling tool side, the spacer bush 15 rests on an inwardly projecting shoulder 16 of the transition piece 8 on the drilling tool side.
  • This shoulder 16 projecting inwards has an annular surface 17 on the drilling tool side, with which the annular surface on an outer shoulder 18 on the drill string side is in contact with a cylindrical limiting bush 19 arranged within the spring assembly 13.
  • the cylindrical limiting bushing 19 is connected via an external thread formed on its end on the drill string side to an internal thread 20 on the transition piece 3 on the drill string side.
  • a radial space is formed between the outer surface and the inner surface of the spring assembly 13 and the associated cylindrical surfaces of the housing 5 or the limiting bush 19.
  • the damping device transmits the axial pressure from the drill pipe 1 to the transition piece 3 on the drill string side, the spring assembly 13 and the transition piece 8 on the drill tool side to the drilling tool 10.
  • the torque is transmitted from the drill string 1 via the transition piece 3 on the drill string side and the housing 5 to the drilling tool 1o via the engaging end fingers 6 and 7.
  • the forces generated when the core is torn loose are absorbed by the limiting bush 19.

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Abstract

Die Dämpfungseinrichtung weist ein mit einem Bohrgestänge (1) verbundenes bohrstrangseitiges Übergangsstück (3) auf, das bohrwerkzeugseitig ein Außengewinde (4) zur Verbindung mit einem Innengewinde eines Gehäuses (5) aufweist. An dem Gehäuse (5) sind an seinem bohrwerkzeugseitigen Ende Stirnfinger (6) ausgebildet, die mit Stirnfingern (7) am bohrstrangseitigen Ende eines bohrwerkzeugseitigen Übergangsstücks (8) in Eingriff stehen. Im Inneren des Gehäuses (5) sind Außenfederringe (11) und Innenfederringe (12) angeordnet, die zusammen ein Federpaket (13) bilden. Das Federpaket (13) steht mit seiner bohrstrangseitigen Stirnfläche in Kontakt mit der bohrwerkzeugseitigen Stirnfläche (14) des bohrstrangseitigen Übergangsstücks (3) und liegt mit seiner bohrwerkzeugseitigen Stirnfläche auf der bohrstrangseitigen Stirnfläche einer Abstandsbuchse (15) auf. Die Abstandsbuchse (15) liegt mit ihrer bohrwerkzeugseitigen Stirnfläche auf der bohrstrangseitigen Stirnfläche einer am bohrwerkzeugseitigen Übergangsstück (8) ausgebildeten, nach innen ragenden Schulter (16) auf. Eine bohrwerkzeugseitige Ringfläche (17) der nach innen ragenden Schulter (16) steht in Kontakt mit einer Ringfläche einer bohrstrangseitigen Außenschulter (18) an einer innerhalb des Federpaketes (13) angeordneten zylindrischen Begrenzungsbuchse (19). Die Begrenzungsbuchse (19) ist ihrerseits über ein an ihrem bohrstrangseitigen Ende ausgebildetes Außenge winde mit einem Innengewinde (2o) am bohrstrangseitigen Übergangsstück (3) verbunden. Die Dämpfung der beim Bohren auftretenden Längsschwingungen wird durch die radiale Verformung der Außenfederringe (11) und der Innenfederringe (12) sowie durch die Reibung erreicht, die sich unter der axialen Belastung zwischen den Kontaktflächen der Federringe einstellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine abbauortseitig angeordnete Dämpfungseinrichtung für einen Kernbohrstrang, welche ein hohlzylindrisches Gehäuse aufweist, das auf seiner einen Stirnseite mit einem bohrstrangseitigen Übergangsstück und auf seiner anderen Stirnseite mit einem bohrwerkzeugseiti­gen Übergangsstück verbunden ist.
  • Derartige Dämpfungseinrichtungen werden in Kernaufnahmerohren vor dem Bohrwerkzeug bzw. Steinbrechwerkzeug zum Bohren von massiven Erzen eingesetzt.
  • Aus BG-A-44 976 ist bereits eine Dämpfungseinrichtung bekannt, die ein bohrstrangseitiges zylindrisches Übergangsstück auf­weist, in das an beiden Enden jeweils ein Innengewinde ge­schnitten ist. Das bohrstrangseitige Übergangsstück ist mit seinem bohrwerkzeugseitigen Innengewinde mit dem Außengewinde einer Spindel verbunden. Das Übergangsstück hat bohrstrang­seitig ferner ein stufenförmig ausgebildetes Außengewinde. In die bohrwerkzeugseitige Stufe sind in Längsnuten Keilfedern eingesetzt. Diese Keilfedern ragen in Sitze in einer mit zwei Schultern versehenen Mutter, welche die bohrwerkzeugseitige Stufe des bohrstrangseitigen Übergangsstücks umfaßt und über ein Gewinde mit einem Gehäuse verbunden ist. Zwischen der Innen­wand des Gehäuses und der Spindel ist ein bohrstrangseitiger Ring frei angeordnet, auf dem das bohrwerkzeugseitige Ende des bohrstrangseitigen Übergangstücks aufliegt. Der Innen­raum zwischen dem Gehäuse, dem bohrstrangseitigen Ring, der Spindel und einem bohrwerkzeugseitigen Ring bildet eine Arbeitskammer. Diese Arbeitskammer ist durch Zwischenbuchsen in einzelne Sektionen unterteilt. In jeder Sektion ist je­weils ein sphärischer Kopf der Spindel angeordnet. Die Sek­tionen sind alle mit aktiven Elementen in Form von Kugeln gefüllt. Der bohrwerkzeugseitige Ring, der den beweglichen Boden der Arbeitskammer bildet, liegt auf konzentrisch in­einander angeordneten geschlitzten Federn unterschiedlicher Länge auf. Diese Federn liegen ihrerseits auf einer ring­förmigen Mutter, unterhalb der sich ein bohrwerkzeugseitiges Übergangsstück befindet, wobei diese beiden Bauteile über Gewinde mit dem Gehäuse verbunden sind.
  • Die bekannte Dämpfungseinrichtung hat einen kleinen Innen­durchmesser, was den gleichmäßigen Vorschub des Bohrgestänges und die Größe des gewinnbaren Kerns beeinträchtigt. Außerdem ist die Dämpfungseinrichtung axial relativ lang und kompliziert im Aufbau. Das Dämpfungsvermögen ist unzureichend.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, die Dämpfungseinrichtung der gattungsgemäßen Art derart auszubilden, daß sie bei einfachem Aufbau und ohne Veränderung des Außen- und Innendurchmessers des Bohrge­stänges Längsschwingungen in einem weiten Bereich dämpft.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von der Dämpfungseinrichtung der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß das bohrstrang­seitige Übergangsstück bohrwerkzeugseitig ein Außengewinde zur Verbindung mit einem Innengewinde im Gehäuse aufweist, daß an dem Gehäuse an seinem bohrwerkzeugseitigen Ende Stirnfinger ausgebildet sind, die mit Stirnfingern am bohr­strangseitigen Ende des bohrwerkzeugseitigen Übergangsstück in Eingriff stehen, daß im Inneren des Gehäuses Außenfeder­ringe und Innenfederringe angeordnet sind, die zusammen ein Federpaket bilden, daß das Federpaket mit seiner bohrstrang­seitigen Stirnfläche in Kontakt mit der bohrwerkzeugseitigen Stirnfläche des bohrstrangseitigen Übergangsstücks steht und mit seiner bohrwerkzeugseitigen Stirnfläche auf der bohr­strangseitigen Stirnfläche einer Abstandsbuchse aufliegt, daß die Abstandsbuchse mit ihrer bohrwerkzeugseitigen Stirn­fläche auf der bohrstrangseitigen Stirnfläche einer am bohr­werkzeugseitigen Übergangsstück ausgebildeten, nach innen ragenden Schulter aufliegt, daß eine bohrwerkzeugseitige Ringfläche der nach innen ragenden Schulter in Kontakt mit einer Ringfläche einer bohrstrangseitigen Außenschulter an einer innerhalb des Federpakets angeordneten zylindrischen Begrenzungsbuchse steht und daß die Begrenzungsbuchse über ein an ihrem bohrstrangseitigen Ende ausgebildetes Außen­gewinde mit einem Innengewinde am bohrstrangseitigen Über­gangsstück verbunden ist.
  • In Betrieb wird der Axialdruck des Bohrgestänges über das bohrstrangseitige Übergangsstück, das Federpaket und das bohrwerkzeugseitige Übergangsstück auf das Bohrwerkzeug übertragen. Das Drehmoment wird von dem Bohrgestänge über das bohrstrangseitige Übergangsstück und das Gehäuse durch den Eingriff der Stirnfinger auf das Bohrwerkzeug übertra­gen. Die Kräfte, die beim Losreißen des Kerns entstehen, werden von der Begrenzungsbuchse aufgenommen. Die Längs­schwingungen beim Bohren werden durch eine radiale Ver­formung der Außenfederringe und der Innenfederringe sowie durch die Reibung gedämpft, die durch den Axialdruck zwischen den Kontaktflächen entsteht. Anhand einer Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Dämpfungseinrichtung in einer halbseitig geschnittenen Seitenansicht zeigt, wird die Erfindung näher erläutert.
  • Bei der in der Zeichnung gezeigten Dämpfungseinrichtung ist ein Bohrstrang 1 an seinem bohrwerkzeugseitigen Ende mit einem Innengewinde versehen. In dieses Innengewinde ist ein Außengewinde 2 eines bohrstrangseitigen hohlzylindrischen Übergangsstücks 3 eingeschraubt. Das Übergangsstück 3 hat an seinem bohrwerkzeugseitigen Ende ein Außengewinde 4, mit dem es in ein Innengewinde an dem bohrstrangseitigen Ende eines Gehäuses 5 eingeschraubt ist. Das Gehäuse 5 ist hohl­zylindrisch. Sein bohrwerkzeugseitiges Ende ist verdickt und mit Stirnfingern 6 versehen. Diese Stirnfinger 6 stehen in dem in der Zeichnung gezeigten Eingriff mit Stirnfingern 7 am bohrstrangseitigen Ende eines bohrwerkzeugseitigen Über­gangsstücks 8, das eine glatte zylindrische Außenfläche und eine stufenförmig ausgebildete Innenfläche hat. An seinem bohrwerkzeugseitigen Ende ist das bohrwerkzeugseitige Über­gangsstück 8 mit einem Innengewinde 9 versehen, mit welchem ein Außengewinde eines Steinbrechwerkzeugs bzw. Bohrwerk­zeugs 1o in Gewindeeingriff steht.
  • In dem zylindrischen Innenraum des Gehäuses 5 sind Außen­federringe 11 und Innenfederringe 12 angeordnet, die zusammen ein Federpaket 13 bilden. Die Außenfederringe 11 haben eine zylindrische Außenfläche und eine doppelkegelförmige Innen­fläche. Die Innenfederringe 12 haben eine zylindrische Innen­fläche und eine doppelkegelförmige Außenfläche, wobei durch entsprechende komplementäre Ausbildung die Innenflächen der Außenfederringe 11 in die Außenflächen der Innenfederringe 12 ragen.
  • Das bohrstrangseitige Ende des Federpaketes 13 steht mit der bohrwerkzeugseitigen Stirnfläche des bohrstrangseitigen Über­ gangsstücks 3 in Kontakt. Mit seinem bohrwerkzeugseitigen Ende liegt das Federpaket 13 auf einer Stützschulter einer zylindrisch ausgebildeten Abstandsbuchse 15 auf. Mit der bohrwerkzeugseitigen Stirnfläche liegt die Abstandsbuchse 15 auf einer nach innen ragenden Schulter 16 des bohrwerkzeug­seitigen Übergangsstücks 8 auf. Diese nach innen ragende Schulter 16 hat bohrwerzeugseitig eine Ringfläche 17, mit der die Ringfläche an einer bohrstrangseitigen Außenschulter 18 an einer innerhalb des Federpaketes 13 angeordneten zy­lindrischen Begrenzungsbuchse 19 in Kontakt steht. Die zy­lindrische Begrenzungsbuchse 19 ist über ein an ihrem bohr­strangseitigen Ende ausgebildetes Außengewinde mit einem Innengewinde 20 am bohrstrangseitigen Übergangsstück 3 ver­bunden. Zwischen der Außenfläche und der Innenfläche des Federpaketes 13 und den zugeordneten Zylinderflächen des Gehäuses 5 bzw. der Begrenzungsbuchse 19 ist ein radialer Zwischenraum ausgebildet.
  • Die Dämpfungseinrichtung überträgt den Axialdruck von dem Bohrgestänge 1 auf das bohrstrangseitige Übergangsstück 3, das Federpaket 13 und das bohrwerkzeugseitige Übergangsstück 8 auf das Bohrwerkzeug 1o. Das Drehmoment wird von dem Bohr­gestänge 1 über das bohrstrangseitige Übergangsstück 3 und das Gehäuse 5 über die in Eingriff stehenden Stirnfinger 6 und 7 auf das Bohrwerkzeug 1o übertragen. Die beim Losreißen des Kerns entstehenden Kräfte werden von der Begrenzungsbuchse 19 aufgenommen. Dadurch, daß sich die Außenfederringe 11 und die Innenfederringe 12 radial verformen, sowie dadurch, daß durch den Axialdruck zwischen den Kontaktflächen der Federringe eine Reibung hervorgerufen wird, werden die beim Bohren entstehen­den Längsschwingungen weitgehendst gedämpft.

Claims (1)

1. Abbauortseitig angeordnete Dämpfungseinrichtung für einen Kernbohrstrang, welche ein hohlzylindrisches Gehäuse (5) aufweist, das auf seiner einen Stirnseite mit einem bohr­strangseitigen Übergangsstück (3) und auf seiner anderen Stirnseite mit einem bohrwerkzeugseitigen Übergangsstück (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
- daß das bohrstrangseitige Übergangsstück (3) bohrwerk­zeugseitig ein Außengewinde (4) zur Verbindung mit einem Innengewinde im Gehäuse (5) aufweist,
- daß an dem Gehäuse (5) an seinem bohrwerkzeugseitigen Ende Stirnfinger (6) ausgebildet sind, die mit Stirn­fingern (7) am bohrstrangseitigen Ende des bohrwerk­zeugseitigen Übergangsstücks (8) in Eingriff stehen,
- daß im Inneren des Gehäuses (5) Außenfederringe (11) und Innenfederringe (12) angeordnet sind, die zusammen ein Federpaket (13) bilden,
- daß das Federpaket (13) mit seiner bohrstrangseitigen Stirnfläche in Kontakt mit der bohrwerkzeugseitigen Stirnfläche (14) des bohrstrangseitigen Übergangsstücks (3) steht und mit seiner bohrwerkzeugseitigen Stirnflä­che auf der bohrstrangseitigen Stirnfläche einer Ab­standsbuchse (15) aufliegt,
- daß die Abstandsbuchse (15) mit ihrer bohrwerkzeugsei­tigen Stirnfläche auf der bohrstrangseitigen Stirnfläche einer am bohrwerkzeugseitigen Übergangsstück (8) ausge­bildeten, nach innen ragenden Schulter (16) aufliegt,
- daß eine bohrwerkzeugseitige Ringfläche (17) der nach innen ragenden Schulter (16) in Kontakt mit einer Ringfläche einer bohrstrangseitigen Außenschulter (18) an einer innerhalb des Federpaketes (13) angeordneten zylindrischen Begrenzungsbuchse (19) steht und
- daß die Begrenzungsbuchse (19) über ein an ihrem bohrstrangseitigen Ende ausgebildetes Außengewinde mit einem Innengewinde (2o) am bohrstrangseitigen Übergangsstück (3) verbunden ist.
EP90100028A 1990-01-02 1990-01-02 Abbauortseitig angeordnete Dämpfungseinrichtung für einen Kernbohrstrang Withdrawn EP0436046A1 (de)

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