WO2001094079A1 - Drehschlagvorrichtung für ein bohrgestänge - Google Patents

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WO2001094079A1
WO2001094079A1 PCT/CH2001/000344 CH0100344W WO0194079A1 WO 2001094079 A1 WO2001094079 A1 WO 2001094079A1 CH 0100344 W CH0100344 W CH 0100344W WO 0194079 A1 WO0194079 A1 WO 0194079A1
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rotary
insertion end
rotary impact
impact
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PCT/CH2001/000344
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Andrea Linard Mathis
Original Assignee
Andrea Linard Mathis
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D16/00—Portable percussive machines with superimposed rotation, the rotational movement of the output shaft of a motor being modified to generate axial impacts on the tool bit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
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    • B25D17/24—Damping the reaction force
    • B25D17/245—Damping the reaction force using a fluid
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • 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
    • E21B17/03—Couplings; joints between drilling rod or pipe and drill motor or surface drive, e.g. between drilling rod and hammer
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action
    • E21B6/02—Drives for drilling with combined rotary and percussive action the rotation being continuous
    • E21B6/04—Separate drives for percussion and rotation

Definitions

  • the invention relates to a rotary impact device for a drill pipe according to claim 1.
  • the possible duration of use of the insertion end serving as a rotary impact receiver can be increased by reducing the impact energy.
  • increasingly higher impact energies are being sought to increase drilling performance. It is therefore an object of the present invention to provide a rotary impact device for a drill pipe which has a higher load-bearing capacity, so that higher impact energies can be used with increased availability of the device.
  • the rotary percussion device according to the invention which is used to drive at least one drill pipe, has a percussion and a rotary device as well as an insertion end which is rotatably mounted in a device body and has an axially running bore in which a percussion piston is axially displaceably mounted.
  • the insertion end connected to the drill pipe by means of a connecting piece and preferably a rotary impact receiver is driven by the rotating device and the percussion piston mounted in the insertion end is driven independently of this by the impact device.
  • the impact energy transmitted via the percussion piston to the high-torque rotary impact receiver therefore has a greatly reduced impact on the insertion end decoupled from the impact device according to the invention, which, due to the reduced load, can be operated for a relatively long time without material fatigue occurring, which would require repair of the rotary impact device make necessary.
  • the rotary impact device according to the invention therefore requires only little maintenance and repair work. Furthermore, the availability of the device increases due to the extension of the maintenance intervals, which results in a marked reduction in operating costs.
  • the rotational impact device according to the invention With the rotational impact device according to the invention, a significant reduction in the noise that occurs during the operation of such devices is also achieved.
  • the insertion end decoupled from the impact device according to the invention no longer acts as a resonance body and at the same time isolates Vibrations of the percussion piston.
  • the noise reduction relieves the strain on staff and other people who may be in the vicinity of the device that is being operated.
  • the device body is preferably designed in such a way that at least two spaced-apart regions are provided therein, in which the insertion end, which is driven, for example, by means of a preferably hydraulic or pneumatic rotary drive via a toothed gear, can be stored.
  • the plug-in end between the areas in which it is mounted in the device body has a stop surface which corresponds to a holding element connected to the device body, by means of which the plug-in end is held in the axial direction and possibly damped.
  • the insertion end preferably has an external toothing in which a gearwheel engages or which is surrounded by a ring provided with an internal toothing, on the circumference of which coupling elements are provided for the engagement of the rotating device.
  • the insertion end optionally has a flange which is supported on a part of the device body which comprises the insertion end on the output side.
  • This part comprising the insertion end on the output side can be connected to the device body via a preferably hydraulic damping element, so that the insertion end can vibrate in the event of vibrations and impacts of the striking mechanism. Impact energy indirectly transmitted to the insertion end therefore does not cause material deformation, for example on the connecting piece, but is absorbed in the damping element.
  • the holding element for example a holding ring, can instead be connected to a damping element.
  • the insertion end and in particular the connecting piece connected to the rotary impact receiver is therefore not only of that of the Impact device directly delivered impact energy, which is supplied to the rotary impact receiver via the percussion piston, but also decoupled from the impact energy indirectly transmitted via the rotary impact receiver, so that premature material fatigue at the connection point between the insertion end and the rotary impact receiver is avoided.
  • the solution according to the invention therefore also prevents damage to the insertion end and to the rotary impact receiver.
  • the percussion piston provided in the insertion end preferably consists of a cylindrical part and a flange partially projecting beyond the connecting piece or a shoulder provided therein, which prevents the percussion piston from running axially backwards from the drill pipe due to the effects.
  • the invention can also be used advantageously in so-called double impact mechanisms.
  • the percussion piston and cooperating with the percussion piston impact hammer of the impact ⁇ device therefore, have axially extending bores, in which is driven by a further turning device and / or another impact device drive means for a second, preferably disposed within the first drill pipe drill string provided.
  • an inner insertion end preferably a rotary shock shaft, which can be connected directly or indirectly to the second drill rod, is preferably provided, which is acted upon in a rotating and / or impact manner or which is acted upon in a rotating manner and provided with an axially extending bore is within which an impacted inner percussion piston is arranged.
  • This preferably mutual decoupling of the inner insertion end and the inner percussion piston in turn results in a reduced load on these parts of the device with possibly increased drilling performance at the same time.
  • the rotary impact device according to the invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawings. Show it: Fig. 1 shows a rotary impact device according to the invention shown in section, which serves to drive a drill pipe and
  • Fig. 2 shows a rotary impact device according to the invention shown in section, which is provided for driving an inner and an outer drill pipe.
  • a rotary impact device 1 which is used to drive a drill pipe, with a cylinder housing or a device body 8, in which a rotary device 5 coupled to an insertion end 3 and a striking mechanism or impact device 6 are provided, which are arranged axially with one extending bore 37 of the insertion end 3 slidably mounted percussion piston 4 cooperates.
  • the insertion end 3, which is used to transmit a torque generated by the rotating device 5 to a rotary impact receiver 2 which can be connected to the drill pipe, has two spaced-apart, cylindrical sections 31, 32 which are mounted in the device body 8 in corresponding areas 81, 83 or from Bearing shells are included.
  • the insertion end 3 has a toothing 35 which is coupled via a toothed gear 52, 53 to a drive shaft 51 of the rotating device 5, preferably driven by a hydraulic or pneumatic rotary drive.
  • the insertion end 3 has an annular groove 36 into which a retaining ring 82 connected to the device body 8 projects, which narrowly and preferably limits displacements of the insertion end 3 along its axis 100 is connected to a damping element 84, which dampens vibrations and shocks.
  • the end of the insertion end 3 facing the rotary impact receiver 2, which ends out of the device body 8, has a connecting piece 33 with an external thread 38, which is screwed into a threaded bore 21 provided with an internal thread 22 in the rotary impact receiver 2.
  • the percussion piston 4 has a first end piece 42 facing the striking device 6 and acted upon by a likewise piston-shaped percussion hammer 61, a cylindrical body 41 mounted in the bore 37 of the insertion end 3 and a second end piece 43, which in the form of a flange connects the connecting piece 33 within the threaded bore 21 provided in the rotary impact receiver 2 overlaps at the front and is preferably held firmly between the connecting piece 33 and the rotary impact receiver 2. Impacts emitted by the impact device 6 or the impact hammer 61 are therefore transmitted directly to the rotary impact receiver 2 by means of the impact piston 4.
  • the insertion end 3 then has a conical flange 34 on the connecting piece 33 connected to the rotary impact receiver 2, which flange can serve as a stop for the rotary impact receiver 2 in a further embodiment of the invention.
  • the flange 34 is configured in a ring shape and on one side to a part 85 of the device body that surrounds the insertion end 3 on the output side
  • Drill rods are transferred to part 85.
  • the part 85 is connected to the device body 8 via a preferably hydraulic damping element, so that the insertion end 3 can vibrate in a damped manner in the event of vibrations and kickbacks of the drill pipe.
  • 1 can the attenuation of the insertion end 3, as shown in Fig.,
  • the insertion end 3 and in particular the connecting piece 33 connected to the rotary impact receiver 2 is therefore not only the impact energy directly delivered by the impact device 6, which is supplied to the rotary impact receiver 2 via the percussion piston 4, but also by the drilling rod and the rotary impact receiver 2 to the insertion end 3 indirectly transmitted impact energy is decoupled, so that premature material fatigue at the connection point between the insertion end 3 and the rotary impact receiver 2 is avoided.
  • the rotary impact receiver 2 shown for example in FIG. 1 can be connected to an outer drill pipe by means of an external thread 25 and to an inner drill pipe by means of an axially provided threaded bore 26.
  • a flushing agent can also be passed through the threaded bore 26 and an adjoining, outwardly directed channel 24.
  • Fig. 2 shows a preferred embodiment of the rotary impact device 1, which is provided for the separate drive of an inner and an outer drill rod and for this purpose has a hollow cylindrical percussion piston 4 and a hollow cylindrical percussion hammer 61 which cooperates with the percussion piston 4 and which has axially extending bores 44 ; 62 are provided.
  • drive means 30, 40 are provided for the second drill pipe, which are driven by a second rotary device 50 and a second percussion device 60 and are connected to an inner rotary impact receiver 200 provided with a thread 201 for this purpose.
  • the inner drill pipe can also be connected directly to the drive means 30, 40.
  • the inner and outer drill pipe if necessary also in the as an adapter Serving rotary impact receivers 2, 200 are preferably provided channels that serve the supply and removal of a flushing medium or the implementation of electrical lines.
  • the rotary impact device 1 has bores 44; 62 of the percussion piston 4 and the percussion hammer 61 has an inner insertion end 30 which is connected to the inner drill pipe or an inner rotary impact receiver 200 and which is provided with an axially extending bore within which an inner percussion piston 40 is arranged.
  • the inner insertion end 30 is driven by the second rotary device 50, while the inner percussion piston 40 is acted upon independently of the second percussion device 60.
  • the operation of the inner insertion end 30 and the inner percussion piston 40 and the associated drive devices 50, 60 therefore corresponds to the operation of the corresponding outer device parts 3, 4, 5 and 6.
  • the inner insertion end 30 is therefore also largely decoupled from the impact energies, which from the second percussion device 60 are transmitted to the inner drill pipe via the inner percussion piston 40. Premature material fatigue at critical points is therefore avoided with these inner device parts 30 and 40 as well as the inner rotary impact receiver 200 or the drill pipe.
  • the in the bores 44; 62 of the percussion piston 4 and the percussion hammer 61 provided drive means 30, 40 can of course also be designed and operated differently. It is possible to use only one inner shaft which is subjected to rotation, impact or rotation.
  • FIG. 2 A further preferred embodiment of the second end piece 43 of the percussion piston 4 facing the rotary impact receiver 2 can also be seen from FIG. 2.
  • the end piece 43 has the shape of a flange which is partially sunk into the insertion end 3 and on one side a shoulder 39 provided in the axially extending bore 37, which prevents the percussion piston 4 from running back.
  • the end piece 43 is, on the other hand, recessed into a recess 24 provided in the rotary impact receiver 2 and adapted to the end piece 43. As a result, other zones of the rotary impact receiver 2 can be relieved, so that material damage there is avoided.

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Abstract

Die erfindungsgemässe, zum Antreiben wenigstens eines Bohrgestänges (2) dienende Drehschlagvorrichtung (1) verfügt über eine Schlag- und eine Drehvorrichtung (5, 6) sowie ein in einem Vorrichtungskörper (8) drehbar gelagertes Einsteckende (3), das eine axial verlaufende Bohrung aufweist, in der ein Schlagkolben (4) verschiebbar gelagert ist. Das mittels einem Verbindungsstück (33) mit dem Bohrgestänge (2) verbundene Einsteckende (3) wird von der Drehvorrichtung (5) und der im Einsteckende (3) gelagerte Schlagkolben (4) wird unabhängig davon von der Schlagvorrichtung (6) angetrieben. Die über den Schlagkolben (4) auf das Bohrgestänge (2) übertragene Schlagenergie hat daher stark reduzierte Auswirkungen auf das erfindungsgemäss von der Schlagvorrichtung (5) entkoppelte Einsteckende (3), so dass frühzeitige Materialermüdungen vermieden werden. Die beim Betrieb der erfindungsgemässen Drehschlagvorrichtung (1) auftretenden Lärmemissionen sind zudem stark reduziert.

Description

Drehschlagvorrichtung für ein Bohrgestänge
Die Erfindung betrifft eine Drehschlagvorrichtung für ein Bohrgestänge nach Anspruch 1.
Aus der Offenlegungsschrift DE-A-19 09 931 sind gattungs- gemässe Vorrichtungen bekannt, bei denen eine Maschine vorgesehen ist, die auf ein mit einer Bohrkrone versehenes Bohrgestänge einerseits eine Drehbewegung und andererseits Schläge ausübt. Oft weisen diese Vorrichtungen Innen- und Aussenbohrgestänge auf, die gegebenenfalls unabhängig voneinander drehschlagend beaufschlagt werden können. Zum Wegführen von Bohrgut, das während dem Betrieb der Vorrichtung in einem Bohrloch freigesetzt wird, ist innerhalb des Aussenbohrgestänges vorzugsweise ein Kanal vorgesehen, durch den zusätzlich ein Transportmedium geführt wird. Zur Befestigung des Bohrgestänges weist die Drehschlagvorrichtung einen Bohrerhalter bzw. ein sogenanntes Einsteckende mit einem Verbindungsstück auf, mittels dem die von der Drehschlagvorrichtung erzeugte Dreh- und Schlagenergie auf das Bohrgestänge übertragen wird.
Vorrichtungen dieser Art, wie sie z.B. in der Firmenschrift von Atlas Copco No . 6991 0757 04a vom März 1998 gezeigt sind, erlauben die Übertragung hoher Leistungen und ergeben entsprechend gute Bohrleistungen, wie hohen Bohrfortschritt und tiefe Bohrmeterkosten.
Die Anwendung hoher Dreh- und Schlagenergien führt bei diesen bekannten Vorrichtungen jedoch zu einer hohen mechanischen Beanspruchung des Einsteckendes, insbesondere des Verbin¬ dungsstücks und der Drehverzahnung, so dass diese Teile jeweils nach verhältnismässig kurzer Einsatzdauer ersetzt werden müssen, woraus ein erheblicher Wartungsaufwand und eine begrenzte Verfügbarkeit der Vorrichtung resultiert.
Die mögliche Einsatzdauer des als Drehschlagempfänger dienenden Einsteckendes kann erhöht werden, indem die Schlagenergie reduziert wird. Zur Steigerung der Bohrleistungen werden jedoch zunehmend höhere Schlagenergien angestrebt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Drehschlagvorrichtung für ein Bohrgestänge zu schaffen, welche eine höhere Belastbarkeit aufweist, so dass bei gesteigerter Verfügbarkeit der Vorrichtung höhere Schlag- energien anwendbar sind.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Vorrichtung, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Vorzugsweise Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemässe, zum Antreiben wenigstens eines Bohrgestänges dienende Drehschlagvorrichtung verfügt über eine Schlag- und eine Drehvorrichtung sowie ein in einem Vorrichtungskörper drehbar gelagertes Einsteckende, das eine axial verlaufende Bohrung aufweist, in der ein Schlagkolben axial verschiebbar gelagert ist. Das mittels eines Verbindungsstücks und vorzugsweise eines Drehschlagempfängers mit dem Bohrgestänge verbundene Einsteckende wird von der Drehvorrichtung und der im Einsteckende gelagerte Schlagkolben wird unabhängig davon von der Schlagvorrichtung angetrieben. Die über den Schlagkolben auf den mit hohem Drehmoment beaufschlagten Drehschlagempfänger übertragene Schlagenergie hat daher stark reduzierte Auswirkungen auf das erfindungsgemäss von der Schlagvorrichtung entkoppelte Einsteckende, das aufgrund der reduzierten Belastung über verhältnismässig lange Zeit betrieben werden kann, ohne dass Materialermüdungen auftreten, die eine Reparatur der Drehschlagvorrichtung notwendig machen. Die erfindungsgemässe Drehschlagvorrichtung bedingt daher nur einen geringen Wartungs- und Reparaturaufwand. Ferner erhöht sich aufgrund der Verlängerung der Wartungsintervalle die Verfügbarkeit der Vorrichtung, woraus eine markante Senkung der Betriebskosten resultiert .
Mit der erfindungsge ässen Drehschlagvorrichtung wird zudem eine deutliche Reduktion des Lärms erzielt, der beim Betrieb derartiger Vorrichtungen auftritt. Das erfindungsgemäss von der Schlagvorrichtung entkoppelte Einsteckende wirkt nicht mehr als Resonanzkörper und isoliert gleichzeitig Schwingungen des Schlagkolbens. Die Lärmreduktion führt zu einer Entlastung des Personals sowie weiterer Personen, die sich gegebenenfalls in der Nähe der in Betrieb gesetzten Vorrichtung aufhalten.
Der Vorrichtungskörper ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass darin wenigstens zwei voneinander beabstandete Bereiche vorgesehen sind, in denen das beispielsweise mittels einem vorzugsweise hydraulisch oder pneumatisch arbeitenden Drehantrieb über ein Zahngetriebe angetriebene Einsteckende gelagert werden kann.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung weist das Einsteckende zwischen den Bereichen, in denen es im Vorrichtungskörper gelagert ist, eine Anschlagfläche auf, die zu einem mit dem Vorrichtungskörper verbundenen Halteelement korrespondiert, durch das das Einsteckende in axialer Richtung gehalten und gegebenenfalls gedämpft wird. Das Einsteckende weist vorzugsweise eine Aussenverzahnung auf, in die ein Zahnrad eingreift oder die von einem mit einer Innenverzahnung versehenen Ring umfasst wird, an dessen Umfang Koppelelemente für den Eingriff der Drehvorrichtung vorgesehen sind.
Anschliessend an das mit dem Drehschlagempfänger zu verbindende Verbindungsstück weist das Einsteckende gegebenenfalls einen Flansch auf, der auf einem das Einsteckende ausgangs- seitig umfassenden Teil des Vorrichtungskörpers abgestützt ist. Dieses das Einsteckende ausgangsseitig umfassende Teil kann über ein vorzugsweise hydraulisches Dämpfungselernent mit dem Vorrichtungskörper verbunden sein, so dass das Einsteckende bei Vibrationen und Schlägen des Schlagwerks mitschwingen kann. Auf das Einsteckende indirekt übertragene Schlagenergie verursacht daher keine Materialverformungen beispielsweise am Verbindungsstück, sondern wird im Dämpfungselement absorbiert. Wie oben erwähnt kann statt dessen das Halteelement, z.B. ein Haltering, mit einem Dämpfungselement verbunden sein. Das Einsteckende und insbesondere das mit dem Drehschlagempfänger verbundene Verbindungsstück wird daher nicht nur von der von der Schlagvorrichtung direkt abgegebenen Schlagenergie, die dem Drehschlagempfänger über den Schlagkolben zugeführt wird, sondern auch von der über den Drehschlagempfänger indirekt übertragenen Schlagenergie entkoppelt, so dass frühzeitige Materialermüdungen an der Verbindungsstelle zwischen Einsteckende und Drehschlagempfänger vermieden werden. Durch die erfindungsgemässe Lösung werden daher auch Schäden am Einsteckende und am Drehschlagempfänger vermieden.
Der im Einsteckende vorgesehene Schlagkolben besteht vorzugsweise aus einem zylindrischen Teil und einem das Verbindungsstück oder eine darin vorgesehene Schulter teilweise überragenden Flansch, welcher verhindert, dass der Schlagkolben durch die Rückwirkungen vom Bohrgestänge axial zurück läuft. Die Erfindung ist auch bei sogenannten Doppelschlagwerken vorteilhaft einsetzbar. Der Schlagkolben und ein mit dem Schlagkolben zusammen wirkender Schlaghammer der Schlag¬ vorrichtung weisen dazu axial verlaufende Bohrungen auf, in denen von einer weiteren Drehvorrichtung und/oder einer weiteren Schlagvorrichtung angetriebene Antriebsmittel für ein zweites, vorzugsweise innerhalb des ersten Bohrgestänges angeordnetes Bohrgestänge vorgesehen sind.
In den genannten Bohrungen des Schlagkolbens und des Schlag- hammers ist vorzugsweise ein mit dem zweiten Bohrgestänge direkt oder indirekt verbindbares inneres Einsteckende, vorzugsweise eine Drehschlagwelle, vorgesehen, das drehend und/oder schlagend beaufschlagt ist oder das drehend beaufschlagt und mit einer axial verlaufenden Bohrung versehen ist, innerhalb der ein schlagend beaufschlagter innerer Schlagkolben angeordnet ist. Durch diese vorzugsweise gegenseitige Entkopplung des inneren Einsteckendes und des inneren Schlagkolbens resultiert wiederum ein reduzierte Belastung dieser Vorrichtungsteile bei gegebenenfalls gleichzeitig erhöhter Bohrleistung. Die erfindungsgemässe Drehschlagvorrichtung wird nachstehend anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine im Schnitt gezeigte erfindungsgemässe Drehschlagvorrichtung, die zum Antrieb eines Bohrgestänges dient und
Fig. 2 eine im Schnitt gezeigte erfindungsgemässe Drehschlagvorrichtung, die zum Antrieb eines inneren und eines äusseren Bohrgestänges vorgesehen ist.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe, zum Antrieb eines Bohrgestänges dienende Drehschlagvorrichtung 1 mit einem Zylindergehäuse bzw. einem Vorrichtungskörper 8, in dem eine mit einem Einsteckende 3 gekoppelte Drehvorrichtung 5 und ein Schlagwerk bzw. eine Schlagvorrichtung 6 vorgesehen sind, die mit einem in einer axial verlaufenden Bohrung 37 des Einsteckendes 3 verschiebbar gelagerten Schlagkolben 4 zusammenwirkt .
Das Einsteckende 3, das zur Übertragung eines von der Drehvorrichtung 5 erzeugten Drehmomentes auf einen mit dem Bohrgestänge verbindbaren Drehschlagempfänger 2 dient, weist zwei voneinander beabstandete, zylinderförmige Abschnitte 31, 32 auf, die im Vorrichtungskörper 8 in entsprechenden Bereichen 81, 83 gelagert bzw. von Lagerschalen umfasst sind.
Zwischen den genannten zylinderförmigen Abschnitten 31, 32 weist das Einsteckende 3 eine Verzahnung 35 auf, welche über ein Zahngetriebe 52, 53 mit einer vorzugsweise von einem hydraulischen oder pneumatischen Drehantrieb angetriebenen Antriebswelle 51 der Drehvorrichtung 5 gekoppelt ist.
Zwischen dem im Vorrichtungskörper 8 gelagerten zweiten zylinderförmigen Abschnitt 32 und der Verzahnung 35 weist das Einsteckende 3 eine Ringnut 36 auf, in die hinein ein mit dem Vorrichtungskörper 8 verbundener Haltering 82 hinein ragt, der Verschiebungen des Einsteckendes 3 längs dessen Achse 100 eng begrenzt und vorzugsweise mit einem Dämpfungselement 84 verbunden ist, welches Vibrationen und Schläge dämpft. Das dem Drehschlagempfänger 2 zugewandte Ende des Einsteckendes 3, das aus dem Vorrichtungskörper 8 hinausmündet, weist ein Verbindungsstück 33 mit einem Aussengewinde 38 auf, welches in eine mit einem Innengewinde 22 versehene Gewindebohrung 21 im Drehschlagempfänger 2 eingedreht ist.
Der Schlagkolben 4 weist ein der Schlagvorrichtung 6 zugewandtes und von einem ebenfalls kolbenförmigen Schlaghammer 61 beaufschlagtes erstes Endstück 42, einen zylindrischen, in der Bohrung 37 des Einsteckendes 3 gelagerten Körper 41 sowie ein zweites Endstück 43 auf, welches in Form eines Flansches das Verbindungsstück 33 innerhalb der im Drehschlagempfänger 2 vorgesehenen Gewindebohrung 21 frontseitig überlappt und vorzugsweise zwischen Verbindungsstück 33 und Drehschlagempfänger 2 fest gehalten ist. Von der Schlagvorrichtung 6 bzw. dem Schlaghammer 61 abgegebene Schläge werden daher mittels dem Schlagkolben 4 direkt auf den Drehschlagempfänger 2 übertragen.
Das Einsteckende 3 weist anschliessend an das mit dem Drehschlagempfänger 2 verbundene Verbindungsstück 33 einen konisch verlaufenden Flansch 34 auf, der in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als Anschlag für den Drehschlag¬ empfänger 2 dienen kann.
In einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist der Flansch 34 ringförmig ausgestaltet und einseitig an ein das Einsteckende 3 ausgangsseitig umfassendes Teil 85 des Vorrichtungskörpers
8 anschliessend angeordnet, so dass Rückwirkungen vom
Bohrgestänge auf das Teil 85 übertragen werden. Das Teil 85 ist in diesem Fall über ein vorzugsweise hydraulisches Dämpfungselement mit dem Vorrichtungskörper 8 verbunden, so dass das Einsteckende 3 bei Vibrationen und Rückschlägen des Bohrgestänges gedämpft mitschwingen kann. Alternativ kann die Dämpfung des Einsteckendes 3, wie in Fig. 1 gezeigt, auch mittels eines Halteelements bzw. eines mit dem Vorrichtungs¬ körper 8 verbundenen Halterings 82 erfolgen, der mit einem Dämpfungselement 84 verbunden ist, welches Vibrationen und Schläge dämpft. Auf das Einsteckende 3 indirekt übertragene Schlagenergien verursachen daher keine Materialverformungen beispielsweise am Verbindungsstück 33 oder dem darauf vorgesehenen Aussengewinde 38, sondern werden im Dämpfungselement 84 absorbiert. Das Einsteckende 3 und insbesondere das mit dem Drehschlagempfänger 2 verbundene Verbindungsstück 33 wird daher nicht nur von der Schlagvorrichtung 6 direkt abgegebenen Schlagenergie, die dem Drehschlagempfänger 2 über den Schlagkolben 4 zugeführt wird, sondern auch von der über das Bohrgestänge und den Drehschlagempfänger 2 an das Einsteckende 3 indirekt übertragenen Schlagenergie entkoppelt, so dass frühzeitige Materialermüdungen an der Verbindungsstelle zwischen Einsteckende 3 und Drehschlagempfänger 2 vermieden werden.
Der in Fig. 1 beispielsweise gezeigte Drehschlagempfänger 2 ist mittels eines Aussengewindes 25 mit einem äusseren Bohrgestänge und mittels einer axial vorgesehenen Gewindebohrung 26 mit einem inneren Bohrgestänge verbindbar. Durch die Gewindebohrung 26 und einen daran anschliessenden, nach aussen geführten Kanal 24 ist ferner ein Spülmittel durchleitbar. Möglich ist selbstverständlich auch der direkte Anschluss des Einsteckendes 3 an das Bohrgestänge, ohne Zwischenschaltung des als Adapter dienenden Drehschlagempfängers 2.
Fig. 2 zeigt eine vorzugsweise Ausgestaltung der Drehschlag- Vorrichtung 1, die zum getrennten Antrieb eines inneren und eines äusseren Bohrgestänges vorgesehen ist und dazu einen hohlzylinderförmigen Schlagkolben 4 und einen mit dem Schlagkolben 4 zusammen wirkenden hohlzylinderförmigen Schlaghammer 61 aufweist, die mit axial verlaufenden Bohrungen 44; 62 versehen sind. In diesen Bohrungen 44; 62 des Schlagkolbens 4 und des Schlaghammers 61 sind Antriebsmittel 30, 40 für das zweite Bohrgestänge vorgesehen, die von einer zweiten Drehvorrichtung 50 und einer zweiten Schlagvorrichtung 60 angetrieben und einem dazu mit einem Gewinde 201 versehenen inneren Drehschlagempfänger 200 verbunden sind. Das innere Bohrgestänge kann auch direkt mit den Antriebsmitteln 30, 40 verbunden sein. Im inneren und äusseren Bohrgestänge, gegebenenfalls auch in den als Adapter dienenden Drehschlagempfängern 2, 200 sind vorzugsweise Kanäle vorgesehen, die der Zu- und Abfuhr eines Spülmediums oder der Durchführung elektrischer Leitungen dienen.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung weist die Drehschlagvorrichtung 1 in den Bohrungen 44; 62 des Schlagkolbens 4 und des Schlaghammers 61 ein mit dem inneren Bohrgestänge oder einem inneren Drehschlagempfänger 200 verbundenen inneres Einsteckende 30 auf, das mit einer axial verlaufenden Bohrung versehen ist, innerhalb der ein innerer Schlagkolben 40 angeordnet ist.
Das innere Einsteckende 30 wird von der zweiten Drehvorrichtung 50 angetrieben, während der innere Schlagkolben 40 unabhängig davon von der zweiten Schlagvorrichtung 60 beaufschlagt ist. Die Funktionsweise des inneren Einsteckendes 30 und des inneren Schlagkolbens 40 sowie der zugehörigen Antriebsvorrichtungen 50, 60 entspricht daher der Funktionsweise der entsprechenden äusseren Vorrichtungsteile 3, 4, 5 und 6. Das innere Einsteckende 30 ist daher ebenfalls von den Schlagenergien weitgehend entkoppelt, die von der zweiten Schlagvorrichtung 60 über den inneren Schlagkolben 40 auf das innere Bohrgestänge übertragen werden. Frühzeitige Materialermüdungen an kritischen Stellen werden daher auch bei diesen inneren Vorrichtungsteilen 30 und 40 sowie dem inneren Drehschlagempfänger 200 bzw. dem Bohrgestänge vermieden.
Die in den Bohrungen 44; 62 des Schlagkolbens 4 und des Schlaghammers 61 vorgesehenen Antriebsmittel 30, 40 können selbstverständlich auch anders ausgestaltet sein und betrieben werden. Möglich ist die Verwendung nur einer inneren Welle, die drehend, schlagend oder drehschlagend beaufschlagt ist.
Aus Fig. 2 ist ferner eine weitere vorzugsweise Ausgestaltung des dem Drehschlagempfänger 2 zugewandten zweiten Endstücks 43 des Schlagkolbens 4 ersichtlich.
Das Endstück 43 weist die Form eines Flanschs auf, der teilweise in das Einsteckende 3 versenkt ist und einseitig an einer in der axial verlaufenden Bohrung 37 vorgesehenen Schulter 39 anliegen kann, die das Rücklaufen des Schlagkolbens 4 verhindert. Das Endstück 43 ist auf der anderen Seite in eine im Drehschlagempfänger 2 vorgesehene, dem Endstück 43 angepasste Vertiefung 24 eingesenkt. Dadurch können andere Zonen des Drehschlagempfängers 2 entlastet werden, so dass dortige Materialschäden vermieden werden.
Insbesondere bei kleineren Bohrgestängen kann zwischen dem Endstück 43 und der Schulter 39, wie in Fig. 2 gezeigt, Spiel vorhanden sein.
Die erfindungsgemässe Drehschlagvorrichtung und insbesondere daran anschliessbare Bohrgestänge wurden oben nur in Details beschrieben, die für das Verständnis der Erfindung nützlich sind. Dem Fachmann sind natürlich Merkmale vorzugsweiser Ausgestaltungen von gattungsgemässen Drehschlagvorrichtungen und Bohrgestängen bekannt, die im Zusammenhang mit dem vorliegenden Erfindungsgegenstand problemlos anwendbar sind. Anpassungen und Änderungen insbesondere der Antriebsvorrichtungen sind leicht möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Drehschlagvorrichtung (1) für ein Bohrgestänge mit einer Schlagvorrichtung (6) und einem in einem Vor¬ richtungskörper (8) drehbar gelagerten Einsteckende (3), das mit einer Drehvorrichtung (5) gekoppelt und mittels eines aus dem Vorrichtungskörper (8) hinaustretenden
Verbindungsstücks (33) über einen Drehschlagempfänger
(2) mit dem Bohrgestänge verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsteckende (3) eine axial verlaufende Bohrung (37) aufweist, in der ein Schlagkolben (4) verschiebbar gelagert ist, dessen erstes Endstück (42) der Schlagvorrichtung (6) und dessen zweites Endstück (43) dem Drehschlagempfänger (2) zugewandt ist, so dass von der Schlagvorrichtung (6) abgegebene Schläge mittels des Schlagkolbens (4) direkt auf den Drehschlagempfänger (2) übertragbar sind.
2. Drehschlagvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsteckende (3) formschlüssig mit der Drehvorrichtung (5) koppelbare Elemente (35) aufweist.
3. Drehschlagvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehvorrichtung (5) einen pneumatisch oder hydraulisch arbeitenden Drehantrieb aufweist .
4. Drehschlagvorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtungskörper (8) wenigstens zwei voneinander beabstandete Bereiche (81, 83) aufweist, in denen das Einsteckende (3) gelagert ist.
5. Drehschlagvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsteckende (3) vorzugsweise zwischen den voneinander beabstandeten Bereichen (81, 83) eine Haltefläche (36) aufweist, die zu einem mit dem Vorrichtungskörper (8) verbundenen Halteelement (82) korrespondiert.
6. Drehschlagvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (82) mit einem im Vorrichtungskörper (8) angeordneten, vorzugsweise hydraulischen Dämpfungselement (84) verbunden ist, durch das Schwingungen des Einsteckendes (3) gedämpft werden.
7. Drehschlagvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Endstück (43) des aus einem zylindrischen Teil (41) bestehenden Schlagkolbens (4)
a) ein Flansch ist, der einseitig am Verbindungsstück (33) oder einer darin vorgesehenen Schulter (39) anliegt und/oder
b) in eine im Drehschlagempfänger (2) vorgesehene, dem Endstück (43) angepasste Vertiefung (24) einsenkbar ist.
8. Drehschlagvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagkolben (4) und ein mit dem Schlagkolben (4) zusammen wirkender Schlaghammer (61) der Schlagvorrichtung (6) axial verlaufende Bohrungen (44; 62) aufweisen.
9. Drehschlagvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bohrungen (44; 62) des Schlagkolbens (4) und des Schlaghammers (61) Antriebsmittel (30 bzw. 30, 40) für ein zweites, vorzugsweise innerhalb des ersten Bohrgestänges (2) angeordnetes Bohrgestänge (200) vorgesehen sind, die von einer zweiten Drehvorrichtung (50) und/oder einer zweiten Schlagvorrichtung (60) angetrieben sind.
10. Drehschlagvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bohrungen (44; 62) des
Schlagkolbens (4) und des Schlaghammers (61) ein mit dem zweiten Bohrgestänge (200) verbindbares inneres Einsteckende (30) vorgesehen ist, das drehend und / oder schlagend beaufschlagt ist oder das drehend beaufschlagt und mit einer axial verlaufenden Bohrung versehen ist, innerhalb der ein schlagend beaufschlagter innerer Schlagkolben (40) angeordnet ist.
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