DE1112711B

DE1112711B - Rotary drilling device for deep boreholes

Info

Publication number: DE1112711B
Application number: DEA23050A
Authority: DE
Original assignee: AMERICAN PERCUSSION TOOL COMPA
Current assignee: AMERICAN PERCUSSION TOOL COMPA
Priority date: 1954-07-26
Filing date: 1955-07-12
Publication date: 1961-08-17

Description

Drehbohreinrichtung für Tiefbohrlöcher Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehbohreinrichtung für Tiefbohrlöcher zur Gewinnung von Öl, Gas, Wasser od. dgl.Rotary drilling device for deep boreholes The invention relates on a rotary drilling device for deep boreholes for the extraction of oil, gas, water or the like

Für die meisten Tiefbohrarbeiten werden Drehbohrer mit Spülflüssigkeitsumlauf verwendet, und für die verschiedenen Formationen und Bohrbedingungen wurden verschiedene Arten von Meißeln entwickelt. Unabhängig von der Auswahl des Meißels waren der Bohrgeschwindigkeit bei gegebenen Bedingungen gewisse Grenzen gesetzt, und bei weichen Formationen liegt die Bohrgeschwindigkeit beispielsweise in der Größenordnung von 60 bis 90 cm/Min., für harte Gesteinsformationen bei Verwendung der besten Meißel in der Größenordnung von 2,5 cm pro Stunde und darunter. Die Bohrgeschwindigkeit stellt daher einen der wichtigsten Faktoren der Gesamtkosten für die Herstellung eines Bohrloches dar, und Einrichtungen, die eine wesentliche Erhöhung der Bohrgeschwindigkeit, insbesondere für die härteren Formationen gestatten, sind daher von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Außerdem sind in der Praxis verlorene oder aufgegebene Bohrungen infolge der Unmöglichkeit, Verwerfungen oder ähnliche ungewöhnliche Formationsbildungen zu durchstoßen oder wegen der Schwierigkeit oder der Kosten für das Entfernen abgebrochener Werkzeuge vorhanden. Meißel müssen außerdem häufig ersetzt und instand gesetzt werden, und damit sind die Arbeitsgänge verbunden, den Meißel an die Oberfläche des Bohrloches zu bringen einschließlich des Lösens des Bohrgestänges.Rotary drills with flushing fluid circulation are used for most deep drilling work were used, and different formations and drilling conditions were used Types of chisels developed. Regardless of the choice of chisel were the drilling speed certain limits are set under given conditions, and with soft formations lies the drilling speed, for example, of the order of 60 to 90 cm / min., for hard rock formations when using the best chisels in the range 2.5 cm per hour and below. The drilling speed is therefore one of the are the most important factors in the total cost of producing a well, and facilities that allow a substantial increase in drilling speed, in particular Allow for the harder formations are therefore of great economic importance. In addition, in practice, lost or abandoned holes are due to the impossibility of To pierce faults or similar unusual formation formations or because of the difficulty or cost of removing broken tools available. Chisels also require frequent replacement and repair, and the operations are connected with this, the chisel to the surface of the borehole to bring including loosening the drill string.

Es ist ein Tiefbohrgerät bekannt, das als Stoßbohrer arbeitet, bei dem ein Bohrmeißel mit einer verhältnismäßig langen elastischen Bohrstange verbunden ist, die ihrerseits mit einem elektrischen Vibrationsgenerator verbunden ist. Dieser Generator legt an die Bohrstange eine in ihrer Längsachse liegende Vibrationskraft an, und dadurch entstehen elastische Längswellen mit einer Frequenz, die mit der Eigenschwingung der Stange übereinstimmt, so daß in der Stange eine stehende Welle erzeugt wird, die dem Meißel eine hin- und hergehende Bewegung erteilt.A deep drilling rig that works as a push drill is known at which is connected to a drill bit with a relatively long elastic drill rod is, which in turn is connected to an electrical vibration generator. This The generator applies a vibration force along its longitudinal axis to the boring bar on, and this creates elastic longitudinal waves with a frequency that corresponds to the Natural oscillation of the rod coincides, so that a standing wave in the rod which gives the chisel a reciprocating motion.

Es ist ferner ein elektrischer Spülbohrapparat zum Stoßbohren für senkrechte Tiefenbohrungen bekannt, bei dem ein unter elastischem Druck oder Zug stoßend arbeitendes, die zum Umsetzen erforderliche Drehbewegung ausführendes Bohrwerkzeug von einer im Bohrloch unmittelbar über der Arbeitsstelle angeordneten Spule die Betriebskraft zur Erzielung dieser Stoßwirkung empfängt; dabei erfolgt die Abwärtsbewegung des Bohrwerkzeuges durch Solenoide und die Aufwärtsbewegung durch eine bei der Abwärtsbewegung sich spannende Feder, und die zurückwirkenden Prellstöße werden durch eine Feder aufgefangen. Die Drehung des Bohrwerkzeuges erfolgt durch einen Motor, in dessen Achse die Verlängerung der Querstange gleitend geführt ist.It is also an electric flush drilling apparatus for push drilling vertical deep bores known in which one under elastic pressure or tension pushing drilling tool executing the rotary movement required for the transfer from a coil arranged in the borehole directly above the work site Receives operating power to achieve this impact effect; the downward movement takes place of the drilling tool by solenoids and the upward movement by one on the downward movement tensioning spring, and the rebounding bouncing bumps are caused by a spring caught. The rotation of the drilling tool is carried out by a motor in which Axis the extension of the crossbar is slidably guided.

Demgegenüber besteht der Hauptzweck der Erfindung in der Schaffung einer Drehbohreinrichtung, welche relativ hohe, bisher nicht erreichbare Bohrgeschwindigkeiten ermöglicht.On the other hand, the main purpose of the invention is to provide a rotary drilling device, which has relatively high, previously unattainable drilling speeds enables.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehbohreinrichtung für Tiefbohrlöcher mit einer über dem Meißel angeordneten elektromagnetischen Stoßeinrichtung in einem Gehäuse, in dem der mit einem Amboß verbundene Meißel axial begrenzt beweglich ist; das Neue besteht darin, daß die Stoßeinrichtung aus zwei Elektromagnetsätzen mit radial sternförmig zur mittigen Hubbahn eines Schlagkolbens angeordneten Lamellenkernen besteht, welche durch einen Spalt voneinander getrennte Polstücke aufweisen, deren Enden die Hubbahn des Schlagkolbens seitlich begrenzen.The invention relates to a rotary drilling device for deep boreholes with an electromagnetic shock device arranged above the chisel in one Housing in which the chisel connected to an anvil has limited axial movement; The novelty is that the shock device consists of two sets of electromagnets with Lamellar cores arranged radially in a star shape to the central stroke path of a percussion piston consists, which have pole pieces separated from one another by a gap, whose Limits the stroke path of the percussion piston at the ends.

Die neue Drehbohreinrichtung kann bei normalen Bohrturmanlagen einschließlich der Drehtische und der Spüleinrichtungen gebraucht werden.The new rotary drilling device can be included in normal drilling rig systems the turntables and the rinsing devices are needed.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht, welche allgemein eine Drehbohranlage darstellt und die in den Fig. 2A bis 2C gezeigte Drehbohreinrichtung enthält; Fig. 2A, 2B und 2C stellen zusammen eine Seitenansicht der Drehbohreinrichtung der Erfindung mit der elektrischen Antriebsvorrichtung und zugehörigen Teilen dar; Fig.3 ist eine Teilansicht im Querschnitt nach Linie 3-3 der Fig. 213; Fig.4 ist eine Teilansicht im Querschnitt nach Linie 4-4 der Fig. 2C; Fig. 5 ist eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt, welche die Dichtung am Meißel zeigt; Fig. 6 ist ein Schaltschema für die elektrische Antriebsvorrichtung.A preferred embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. Fig. 1 is a longitudinal sectional view generally illustrating a rotary drilling rig and including the rotary drilling equipment shown in Figs. 2A through 2C; Figures 2A, 2B and 2C together depict a side view of the rotary drilling assembly of the invention with the electric drive device and associated parts; Figure 3 is a partial cross-sectional view taken on line 3-3 of Figure 213; Figure 4 is a partial cross-sectional view taken on line 4-4 of Figure 2C; Fig. 5 is an enlarged fragmentary view in section showing the seal on the bit; Fig. 6 is a circuit diagram for the electric drive device.

Die Drehbohreinrichtung enthält eine elektrische Antriebsvorrichtung, welche ein durch Stromstöße erregtes magnetisches Feld und einen Kern enthält, der sich in entgegengesetzten Richtungen frei bewegen kann und einem Bohrkopf wiederholte Stöße erteilt. Die Antriebsvorrichtung arbeitet bei Resonanzfrequenz und wird ohne Berücksichtigung anderer mit dem Bohren zusammenhängender Faktoren auf einer festen Frequenz gehalten. In Verbindung mit der Erteilung wiederholter Stöße von konstanter Frequenz wird der Meißel und seine Traganordnung ständig gedreht, während Bohrschlamm zum Entfernen des Bohrkleins in Umlauf gebracht wird.The rotary drilling device contains an electric drive device, which contains a magnetic field excited by current surges and a core which can move freely in opposite directions and repeated a drill head Shocks given. The drive device operates at resonance frequency and is without Consideration of other factors related to drilling on a fixed Frequency held. In connection with the issuance of repeated shocks of constant Frequency, the bit and its support assembly is constantly rotated while drilling mud is circulated to remove the cuttings.

Eine Drehbohreinrichtung mit elektrischer Antriebsvorrichtung sowie ein Meißel ist in den Fig.2A bis 2C dargestellt. Die Einrichtung besitzt einen Meißel 10, welcher an dem unteren Teil eines Rohres 11 getragen wird, das auch zur Aufnahme und Befestigung einer mit 12 bezeichneten elektrischen Antriebsvorrichtung dient, das obere Ende des Rohres 11 ist mit einer Kupplung 13 verbunden, welche wiederum das untere Ende eines umlaufenden Bohrrohrgestänges bildet.A rotary drilling device with an electric drive device as well a chisel is shown in Figures 2A to 2C. The device has a chisel 10, which is carried on the lower part of a tube 11, which is also for receiving and attachment of an electrical drive device designated by 12 is used, the upper end of the tube 11 is connected to a coupling 13, which in turn forms the lower end of a rotating drill pipe string.

Der Meißel 10 besteht aus einem Körper 16, welcher eine Mehrzahl von gezahnten umlaufenden Schneidrollen 17 trägt. Der Gewindeschaft 18 des Meißels 11 steht über ein Tragglied 19, einen Teil 20, über Paßkeile 22 und an einer Buchse 21 ausgebildeten Nuten 23 in gleitendem Eingriff und in Dreheingriff mit der Buchse 21. Die Buchse 21 ist durch Schrauben 24 an einem Ring 26 befestigt, welcher z. B. durch Schweißen an dem unteren Ende des Rohres 11 befestigt ist.The chisel 10 consists of a body 16 which carries a plurality of toothed rotating cutting rollers 17. The threaded shank 18 of the chisel 11 is slidably engaged by a support member 19, a portion 20, by keyways 22 and grooves 23 formed on a bushing 21 , and in rotational engagement with the bushing 21. The bushing 21 is secured to a ring 26 by screws 24 which z. B. is attached to the lower end of the tube 11 by welding.

Eine Dichtung 27 bis 32 ist zwischen dem Meißel 10 und dem Ring 26 vorgesehen, um das Eindringen von Spülflüssigkeit zu verhindern.A seal 27 to 32 is provided between the bit 10 and the ring 26 to prevent the ingress of flushing liquid.

Das obere Ende des Traggliedes 19 ist an einer Stoßübertragungsstange 34 befestigt, welche mit der Achse des Rohres 11 konzentrisch liegt. Von einer elektrischen Antriebsvorrichtung erzeugte Stöße werden von dem oberen Ende dieser Stange 34 aufgenommen.The upper end of the support member 19 is on a shock transmission rod 34 attached, which is concentric with the axis of the tube 11. From an electric Impacts generated by the drive device are absorbed by the upper end of this rod 34.

Wie insbesondere in den Fig.2B und 2C dargestellt ist, besteht eine Verbindung zwischen dem Tragglied 19 und der elektrischen Antriebsvorrichtung aus konzentrischen Rohren 36 und 37, deren obere Enden an einem Haltering 38 und deren untere Enden an einem ähnlichen Ring 39 befestigt sind. Der Raum 41 zwischen den Rohren 36 und 37 dient als Leitung für die Spülflüssigkeit und ist mit einem Aufnahmeraum 42 im Schaft 18 des Meißels verbunden. Zu diesem Zweck steht der Raum 41 mit einer Mehrzahl von Rohrpaßstücken 43 in Verbindung, welche wiederum durch biegsame Schlauchstücke 44 mit Rohrpaßstücken 46 verbunden sind. Diese Paßstücke 46 führen direkt durch das Tragglied 19- hindurch, um Spülflüssigkeit in den Raum 42 zu leiten.As shown in particular in FIGS. 2B and 2C, there is one Connection between the support member 19 and the electric drive device concentric tubes 36 and 37, the upper ends of which on a retaining ring 38 and whose lower ends are attached to a similar ring 39. The space 41 between the Pipes 36 and 37 serves as a line for the rinsing liquid and is provided with a receiving space 42 connected in the shank 18 of the chisel. For this purpose, the room 41 is available with a A plurality of pipe fittings 43 in connection, which in turn by flexible hose pieces 44 are connected to pipe fittings 46. These fittings 46 lead directly through the support member 19- through in order to direct flushing liquid into the space 42.

Die Stange 34 ist in einer Buchse 47 verschiebbar angeordnet, welche wiederum innerhalb eines Endstückes 48 angeordnet ist. Dieses Endstück 48 hat einen unteren Flansch 49, welcher an einem Flansch 51 am unteren Ende des Rohres 37 befestigt ist. Am oberen und unteren Ende der Buchse 47 können geeignete Schmiermitteldichtungen 54 und 56 vorgesehen sein.The rod 34 is slidably arranged in a bushing 47, which is again arranged within an end piece 48. This end piece 48 has one lower flange 49 which is attached to a flange 51 at the lower end of the tube 37 is. Appropriate lubricant seals can be attached to the upper and lower ends of the bushing 47 54 and 56 may be provided.

An dem unteren Endstück 48 sitzt ein oberer ringförmiger Körper 58 mit Buchse 59. Am oberen Ende des Körpers 58 ist ein Flansch 61 ausgebildet, welcher über dem Ring 38 liegt.An upper annular body 58 is seated on the lower end piece 48 with socket 59. At the upper end of the body 58, a flange 61 is formed which is above the ring 38.

Die Teile 48 und 59 schaffen Raum zur Unterbringung einer vorgespannten Rückstoßfeder 62. Ein Ende dieser Feder 62 liegt gegen das Endstück 48, und das obere Ende liegt gegen einen Kragen 63, welcher um die Stange 34 lose angeordnet ist. Der Kragen 63 befindet sich normalerweise mit der ringförmigen Schulter 64 am oberen Ende der Buchse 59 im Eingriff, um der normalen Belastung der Feder 62 entgegenzuwirken. Unmittelbar über dem Kragen 63 hat die Stange 34 einen verbreiterten ringförmigen Teil 66, welcher Widerlagerschultern 67 und 68 bildet. Wenn auf den Meißel keine Belastung ausgeübt wird, wird die Schulter 67 durch die Kraft der vorgespannten Feder 62 gegen die gegenüberliegende Seite des Kragens 63 gedrückt.The parts 48 and 59 create space to accommodate a prestressed Recoil spring 62. One end of this spring 62 rests against the end piece 48, and that The upper end lies against a collar 63 which is loosely arranged around the rod 34 is. The collar 63 is normally located with the annular shoulder 64 engaged at the upper end of the bushing 59 to accommodate the normal loading of the spring 62 to counteract. Immediately above the collar 63, the rod 34 has a widened one annular part 66 which forms abutment shoulders 67 and 68. When on the If no load is exerted on the chisel, the shoulder 67 is preloaded by the force of the The spring 62 is pressed against the opposite side of the collar 63.

Der obere Teil 69 der Stange 34 bildet einen Amboß, der in einer von einer Muffe 72 getragenen Buchse 71 verschiebbar angeordnet ist. Die Muffe 72 ist in einer in dem oberen Teil des Körpers 58 ausgebildeten Bohrung 73 angeordnet und mit einem Flansch 74 versehen, welcher an der mit ihm zusammenarbeitenden Schulterfläche 76 anliegen kann. Der Flansch 74 wird durch eine Zwischenscheibe 77 gegen die Schulterfläche 76 gedrückt. Leitungen 78 und 79 zur Einführung von Schmiermittel an die Fläche zwischen der Buchse 71 und dem Hammerteil 69 können vorgesehen sein.The upper part 69 of the rod 34 forms an anvil which is in one of a sleeve 72 carried bush 71 is slidably disposed. The sleeve 72 is disposed in a bore 73 formed in the upper part of the body 58 and provided with a flange 74, which on the shoulder surface cooperating with it 76 can be present. The flange 74 is held against the shoulder surface by an washer 77 76 pressed. Lines 78 and 79 for introducing lubricant to the surface between the bush 71 and the hammer part 69 can be provided.

Die elektrische Antriebsvorrichtung ist wie folgt ausgeführt: Sie benutzt ein Feld, welches zwei Elektromagnetsätze 12a und 12b aufweist, die einen mittleren Schlagkolben 81 betätigen. Jeder der Sätze 12 a und 12 b besteht aus Lamellenkemen 82, welche radial um die Achse des mittleren Schlagkolbens 81 angeordnet und mit Wicklungen 83 versehen sind. Polstücke 84 und 86 jedes Lamellenkernes enden an der Begrenzungswand einer zylindrischen Leitung 87, in welcher der mittlere Schlagkolben 81 arbeitet. Die beiden Elektromagnetsätze 12a und 12b sind durch eine Tragplatte 88 voneinander getrennt und sind mit ihren äußeren Teilen zwischen Kanälen 89 angeordnet. Die von diesen Kanälen gebildeten Leitungen 91 gestatten den Durchfluß von Spülflüssigkeit. Diese Anordnung bringt die Spülflüssigkeit in Berührung mit den magnetischen Kernen und Wicklungen und sorgt so für ein- Ableiten der Wärme. Die unteren Enden der Kanäle 89 sind gegen den Ring 38. abgeschlossen, und die Leitungen 91 stehen an ihren unteren Enden mit der Leitung 41 zwischen den Rohren 36 und 37 in freier Verbindung. Zwischen den Polstücken 84 und 86 jedes Elektromagnetsatzes sind Füllringe 92 und 93 angeordnet, und der Füllring 93 ist zwischen den beiden Polstücksätzen 86 angeordnet.The electric drive device is designed as follows: You uses a field which has two sets of electromagnets 12a and 12b, the one Actuate middle percussion piston 81. Each of the sets 12 a and 12 b consists of lamellar cores 82, which are arranged radially around the axis of the central percussion piston 81 and with Windings 83 are provided. Pole pieces 84 and 86 of each laminated core terminate at the Boundary wall of a cylindrical line 87, in which the middle percussion piston 81 works. The two sets of electromagnets 12a and 12b are supported by a support plate 88 separated from one another and are arranged with their outer parts between channels 89. The lines 91 formed by these channels allow the flow of rinsing liquid. This arrangement brings the flushing liquid into contact with the magnetic cores and windings and thus ensures that the heat is dissipated. The lower ends of the channels 89 are closed against the ring 38, and the lines 91 are at their lower Ends with the line 41 between the tubes 36 and 37 in free communication. Between the pole pieces 84 and 86 of each electromagnet set are arranged filling rings 92 and 93, and the fill ring 93 is arranged between the two sets of pole pieces 86.

Der mittlere Schlagkolben 81 ist mit einer unteren und einer oberen axialen Verlängerung 94 bzw. 95 von geringerem Durchmesser versehen, welche Hammer- oder Schlagteile bilden. Der Hammer 94 überträgt Stöße auf den Amboß 69 der Stange 34. Ein Lager für den Teil 95 besteht aus einer Muffe 96, welche an den Lamellenkernen für den oberen Elektromagnetsatz angeordnet ist und dazu dient, eine Buchse 97 zu tragen. Diese Buchse besitzt eine Bohrung zur Aufnahme des Teiles 95 und ist außerdem mit Leitungen 98 zur Einführung von Schmiermittel versehen. Ein ähnliches Lager ist an dem unteren Teil 94 ausgebildet. Es besteht aus einer Muffe 99, welche zur Anbringung einer der Buchse 97 entsprechenden Buchse 101 dient. Auch hier kann die Buchse mit Schmiermittelleitungen 102 versehen sein. Die Buchse 101 befindet sich an ihrer Unterseite in direktem Eingriff mit der Oberseite der Muffe 72. Weiterhin können die Schmiermittelleitungen 102 mit den Leitungen 78 iri Verbindung stehen.The middle percussion piston 81 is provided with a lower and an upper axial extension 94 and 95 of smaller diameter, which form hammer or percussion parts. The hammer 94 transmits shocks to the anvil 69 of the rod 34. A bearing for the part 95 consists of a sleeve 96 which is arranged on the lamellar cores for the upper set of electromagnets and serves to support a bushing 97. This bushing has a bore for receiving the part 95 and is also provided with lines 98 for the introduction of lubricant. A similar bearing is formed on the lower part 94. It consists of a sleeve 99 which is used to attach a socket 101 corresponding to the socket 97. Here, too, the bushing can be provided with lubricant lines 102. The lower side of the bushing 101 is in direct engagement with the upper side of the sleeve 72. Furthermore, the lubricant lines 102 can be connected to the lines 78.

über dem oberen Elektromagnetsatz 12a liegt eine ringförmige Platte 106, welche in die Kanäle 89 eingepaßt ist. über dieser Platte 106 sind eine zweite Rückstoßfeder 107 und Befestigungsmittel für sie vorgesehen. Das untere Ende der Feder 107 liegt gegen einen Stoß aufnehmenden Teil 108, dessen Endfläche 109 der Endfläche des Stoßteiles 95 gegenüberliegt und sich mit dieser in Ausrichtung befindet. Der Teil 108 wird von dem Buchsenring 111 geführt, der in den oberen Teil der Muffe 96 eingepaßt ist. Das obere Ende der Feder 107 liegt gegen einen Teil 112, welcher durch eine rohrförmige Umkleidung 113 und die Platte 114 im Abstand zu der Platte 106 gehalten wird. Der innere Rand der Platte 114 bildet eine Widerlagerschulter 115 für den den Stoß aufnehmenden Teil 108. Overlying the upper electromagnet set 12a is an annular plate 106 which fits into the channels 89. A second recoil spring 107 and fastening means for it are provided above this plate 106. The lower end of the spring 107 rests against a shock receiving portion 108, the end surface 109 of which is opposite and in alignment with the end surface of the shock portion 95. The part 108 is guided by the sleeve ring 111 which is fitted into the upper part of the sleeve 96. The upper end of the spring 107 lies against a part 112 which is held at a distance from the plate 106 by a tubular casing 113 and the plate 114. The inner edge of the plate 114 forms an abutment shoulder 115 for the shock-absorbing part 108.

Die Wicklungen der Elektromagnetsätze 12 a und 12 b werden durch Stromstöße erregt, wodurch der Schlagkolben 81 eine vorbestimmte Anzahl von vollständigen Hüben pro Minute ausführt. Das Gewicht der sich bewegenden Teile und die Stärke und Vorbelastung der Rückstoßfedem und die Erregerfrequenz der Wicklungen sind derart, daß der Schlagkolben 81 sich mit einer konstanten Frequenz hin-und herbewegt. Wenn keine Abwärtskraft auf den Meißel übertragen wird, wird die Kraft des Abwärtsstoßes des Schlagkolbens 81 von der unteren Rückstoßfeder 62 vernichtet. Wenn der Meißel belastet wird, wird ein erhöhter Betrag der Stoßkraft durch die Stange 34 auf den Meißel und auf die Erdschicht übertragen, bis eine Höchstbelastung erreicht ist, welche gleich der Kraft der belasteten Feder 62 ist. Diese Höchstbelastung kann beispielsweise in der Größenordnung von 13 600 kg liegen.The windings of the electromagnet sets 12 a and 12 b are caused by current surges energized, causing the percussion piston 81 a predetermined number of complete strokes per minute. The weight of the moving parts and the strength and preload the recoil springs and the excitation frequency of the windings are such that the percussion piston 81 moves back and forth at a constant frequency. When there is no downward force is transmitted to the chisel, the force of the downward thrust of the percussion piston becomes 81 destroyed by the lower recoil spring 62. When the chisel is loaded it will an increased amount of impact force by the rod 34 on the bit and on the Transferring the earth layer until a maximum load is reached, which is equal to the Force of the loaded spring 62 is. This maximum load can be, for example, in of the order of 13,600 kg.

Eine Schaltanordnung für die Erregung der Wicklungen der Elektromagnetsätze 12 a und 12 b ist in Fig. 7 dargestellt. Die Leitungen L 1 und L 2 sind an eine Wechselstromquelle, z. B. 150 V 30 Hz, angeschlossen. Die Wicklungen 83 haben einen gemeinsamen Verbindungspunkt, der mit der einen Leitung L 1 in Verbindung steht. Die anderen Enden der Wicklungen 83 sind mit in einem für diesen Zweck vorgesehenen Raum 117 angeordneten Gleichrichtern 116 verbunden, welche einen gemeinsamen Anschlußpunkt an die andere Leitung L 2 haben. Bei dieser Anordnung werden gleichgerichtete Stromstöße abwechselnd an die beiden Wicklungen geliefert, wodurch der Schlagkolben 81 bei einer Stromfrequenz von z. B. 30 Hz mit einer Frequenz von 3600 vollständigen Hüben pro Minute hin- und herbewegt wird und so 1800 Stöße pro Minute abgibt. Der Raum 117 befindet sich innerhalb eines röhrenförmigen Gehäuses 118, welches im oberen Abschnitt des Hauptrohres 11 angeordnet ist. Der untere Verschluß 119 für das Gehäuse 118 kann mit einem abgedichteten Kupplungsstück 121 versehen sein, welches die zu den Wicklungen der Elektromagnetsätze führenden Leitungsdrähte aufnimmt. Der Verschluß 119 besitzt ebenfalls eine starre abgedichtete Verbindung mit dem Teil 112.A switching arrangement for energizing the windings of the electromagnet sets 12 a and 12 b is shown in FIG. The lines L 1 and L 2 are connected to one AC power source, e.g. B. 150 V 30 Hz connected. The windings 83 have one common connection point which is connected to one line L 1. The other ends of the windings 83 are provided in one for this purpose Space 117 arranged rectifiers 116 connected, which have a common connection point to the other line L 2. With this arrangement rectified current surges alternately supplied to the two windings, whereby the percussion piston 81 at a current frequency of z. B. 30 Hz with a frequency of 3600 complete strokes is moved back and forth per minute and thus emits 1800 shocks per minute. The space 117 is located within a tubular housing 118 which is in the upper Section of the main pipe 11 is arranged. The lower latch 119 for the housing 118 can be provided with a sealed coupling piece 121, which the to takes up lead wires leading to the windings of the electromagnet sets. The closure 119 also has a rigid, sealed connection with part 112.

Aus Fig. 2 B ist ersichtlich, daß die ringförmige Leitung 91 für die Zirkulation der Spülflüssigkeit sich nach oben über das geschlossene Gehäuse 118 hinaus in einen Raum 131 fortsetzt, welcher über dem oberen Ende 132 des Gehäuses 118 liegt. Der Raum 131 steht mit dem unteren Ende der durch eine durch den Bohrschaft führenden Leitung in Verbindung.From Fig. 2 B it can be seen that the annular conduit 91 for the The flushing liquid circulates upwards via the closed housing 118 out into a space 131 which extends over the upper end 132 of the housing 118 lies. The space 131 stands with the lower end of the through a through the drill shaft leading line in connection.

Der Bohrturm enthält den üblichen Drehtisch 1 mit seinem Gestänge und seinen Antriebseinrichtungen, das sich in das Bohrloch hinab erstreckende Gestänge 2, einen Bohrturm (nicht dargestellt) mit der üblichen Krone und den Flanschenzügen und dem Spülkopf 3, welcher von dem Lasthaken 4 getragen wird. Weiterhin ist ein Spülflüssigkeits-Umlaufsystem mit einem Sumpf und einer Umlaufpumpe vorgesehen.The derrick contains the usual turntable 1 with its rods and its propulsion means, the string extending down into the wellbore 2, a derrick (not shown) with the usual crown and flange pulls and the flushing head 3, which is carried by the load hook 4. Furthermore is a Flushing liquid circulation system provided with a sump and a circulation pump.

Die vorstehend (d. h. in den Fig. 2A bis 2C) beschriebene Einrichtung ist mit 11a bezeichnet und ist zwischen dem Meißel 10 und dem unteren Ende des Gestänges angeordnet. Ein zweiadriges Kabel ist beispielsweise durch das Gestänge an die Einrichtung 110 nach unten geführt, und oberhalb des Bohrloches kann dieses Kabel mit einer Schleifring-Anschlußvorrichtung 5 verbunden sein, um das Anschließen an ein Außenkabel 6 zu gestatten. Das Kabel 6 ist durch das Schaltbrett 7 mit einem Wechselstromgenerator B verbunden, welcher wiederum durch einen Motor, z. B. einen Benzinmotor 9, angetrieben werden kann.The device described above (ie in FIGS. 2A to 2C) is designated 11a and is arranged between the bit 10 and the lower end of the linkage. A two-core cable, for example, is led down through the rod to the device 110 , and above the borehole this cable can be connected to a slip ring connection device 5 in order to allow connection to an external cable 6. The cable 6 is connected through the switchboard 7 to an alternator B, which in turn is powered by a motor, e.g. B. a gasoline engine 9 can be driven.

Das Gestänge wird in der üblichen Weise gedreht, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit, die zwischen 20 und 350 UpM liegen kann, während gleichzeitig die elektrische Antriebsvorrichtung durch Strom von dem Generator 8 erregt wird, um dem Meißel Stöße mit einer verhältnismäßig hohen und konstanten Frequenz, z. B. der vorerwähnten Frequenz von 1800 Stößen pro Minute, zu vermitteln. Die Belastung auf den Meißel, d. h. die Kraft, mit der dieser auf die Bohrlochsohle auftreffen kann, wird so eingestellt, daß sie der zur maximalen Energieübertragung erforderlichen Belastung vergleichbar ist. In dem vorgenannten Beispiel wurde diese Belastung bei etwa 13 600 kg angenommen.The linkage is rotated in the usual way, for example with a speed that can be between 20 and 350 rpm while simultaneously the electric drive device is energized by current from the generator 8, around the chisel impacts with a relatively high and constant frequency, e.g. B. the aforementioned frequency of 1800 impacts per minute to convey. The load on the chisel, d. H. the force with which they hit the bottom of the borehole can, is set so that it is necessary for maximum energy transfer Load is comparable. In the above example, this load was at about 13,600 kg assumed.

Wenn die Einrichtung auf die oben beschriebene Art und Weise betrieben wird, zeigt sich eine Anzahl von bemerkenswerten Erscheinungen. Nimmt man an, daß der Meißel an einer verhältnismäßig harten Gesteinsformation arbeitet, so ist die Bohrgeschwindigkeit bei Anwendung der Antriebseinrichtung ein Vielfaches der Geschwindigkeit der gleichen Anlage bei der Arbeit unter gleichen Bedingungen, aber ohne Anwendung der Antriebsvorrichtung. Wo z. B. die Bohrgeschwindigkeit in einer Gesteinsformation in der Größenordnung von 2,5 cm pro Stunde liegt, beträgt die Bohrgeschwindigkeit bei Anwendung der Antriebsvorrichtung nach der Erfindung in der Größenordnung von 3 m pro Stunde oder darüber. Diese bemerkenswerte Erhöhung der Bohrgeschwindigkeit wird ohne übermäßigen Stromverbrauch erzielt. Es hat den Anschein, daß das zur Drehung des Gestänges erforderliche Drehmoment etwas geringer ist, wenn die Antriebsvorrichtung in Betrieb ist, was auf die befreiende Wirkung der Vibrationen auf alle rotierenden Teile in dem Bohrloch zurückzuführen ist. Diese Wirkung geht außerdem auf die Tatsache zurück, daß das Bohren mit der Einrichtung nach der Erfindung nicht in erster Linie durch das Drehmoment des Meißels gegen die Formation zustande kommt, sondern durch die schnellen, wiederholten Schläge auf die Formation, wobei das Drehen des Meißels hauptsächlich dazu dient, die Schläge auf den Querschnitt der Bohrlochsohle zu verteilen. Der Stromverbrauch für die elektrische Antriebsvorrichtung ist in Anbetracht der bemerkenswerten Erhöhung der Bohrgeschwindigkeit verhältnismäßig niedrig.When the device is operated in the manner described above a number of notable phenomena will appear. Assume that the chisel is working on a relatively hard rock formation, so is that Drilling speed when using the drive device is a multiple of the speed the same plant at work under the same conditions but without application the drive device. Where z. B. the drilling speed in a rock formation is on the order of 2.5 cm per hour, the drilling speed is when using the drive device according to the invention in the On the order of 3 m per hour or more. This remarkable increase in Drilling speed is achieved without excessive power consumption. It looks like, that the torque required to rotate the linkage is slightly less if the drive device is in operation, which is due to the liberating effect of the vibrations is due to all rotating parts in the borehole. This effect works also back to the fact that the drilling with the device according to the invention not primarily due to the bit's torque against the formation comes, but rather by the rapid, repeated blows to the formation, being The main purpose of turning the chisel is to make the blows on the cross-section to distribute the bottom of the borehole. The power consumption for the electric drive device is proportionate in view of the remarkable increase in drilling speed low.

Entgegen den Erwartungen ist die Abnutzung der Meißel der erzielten Erhöhung der Bohrgeschwindigkeit nicht proportional. Es scheint, daß die Abnutzung der Schneidzähne für einen gegebenen Betrag wirksamer Bohrung bei Benutzung der Einrichtung nach der Erfindung wesentlich geringer ist als bei der üblichen Drehbohrung.Contrary to expectations, the wear and tear of the chisel is the most scored Increase in drilling speed not proportional. It seems that the wear and tear of cutting teeth for a given amount of effective drilling using the Device according to the invention is much smaller than in the usual rotary drilling.

Bei den üblichen Drehbohreinrichtungen kommt es häufig vor, daß Formationen angetroffen werden, die Verwerfungen aufweisen und ein Aufgeben des Bohrloches notwendig machen. Es hat sich gezeigt, daß die Drehbohreinrichtung nach der Erfindung beim Durchbohren solcher schwierigen Formationen sehr wirksam ist. Während Verwerfungen für die üblichen Bohranlagen ernsthafte Schwierigkeiten darstellen, haben sie bei der Erfindung - wenn überhaupt -nur eine geringe Wirkung auf die Bohrleistung, und der Meißel arbeitet in der gewünschten Richtung weiter, ohne Rollen- oder Meißelbruch zu verursachen, und (wenn überhaupt) mit nur geringfügiger Neigung zur Abweichung.In the usual rotary drilling equipment, it often happens that formations are encountered that have faults and an abandonment of the borehole is necessary do. It has been shown that the rotary drilling device according to the invention when Piercing such difficult formations is very effective. During faults pose serious difficulties for the usual drilling rigs, they have at the invention has little, if any, effect on drilling performance, and the chisel continues to work in the desired direction without breaking the roller or chisel to cause, and (if at all) with little tendency to deviate.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Antriebsvorrichtung bei Resonanz arbeitet und unabhängig von anderen Faktoren mit einer konstanten Frequenz betrieben wird. Insbesondere ist die Frequenz der Stöße unabhängig von der Umlaufgeschwindigkeit oder dem Umlaufdruck des Bohrschlammes, wodurch die Aufrechterhaltung der Bedingungen für eine wirksame Bohrung in allen Tiefenlagen und unabhängig vom Spülflüssigkeits-Umlaufsystem ermöglicht wird. Außerdem können der Druck und die Fließgeschwindigkeit der umlaufenden Spülung die gleichen sein wie in üblichen Drehbohreinrichtungen, da die Einrichtung der umlaufenden Spülung keinen zusätzlichen Widerstand entgegensetzt.It has already been pointed out that the drive device at Resonance works at a constant frequency regardless of other factors is operated. In particular, the frequency of the impacts is independent of the rotational speed or the circulation pressure of the drilling mud, thereby maintaining the conditions for effective drilling at all depths and independent of the flushing fluid circulation system is made possible. In addition, the pressure and the flow rate of the circulating Flushing must be the same as in ordinary rotary drilling equipment as the equipment does not offer any additional resistance to the circulating flush.

Die Schlagfrequenz kann entsprechend den Bohrbedingungen, der Größe der Einrichtung u. dgl. abgewandelt werden. Es wird jedoch wünschenswert sein, diese Frequenz über etwa 1000 Schläge pro Minute zu halten. 1800 Schläge pro Minute wurden bei der bisher benutzten Einrichtung als zufriedenstellend befunden, die Frequenz kann jedoch auf etwa 2000 Schläge pro Minute und darüber erhöht werden.The impact frequency can be adjusted according to the drilling conditions, the size the device and the like. Modified. However, it will be desirable to do this Keep frequency above about 1000 beats per minute. 1800 beats per minute were made found to be satisfactory with the device previously used, the frequency however, can be increased to about 2000 beats per minute and above.

Claims

PATENT CLAIMS: 1 .. Rotary drilling device for deep boreholes with an electromagnetic pusher device arranged above the chisel in a housing in which the chisel connected to an anvil is axially limited movable, characterized in that the pusher device consists of two sets of electromagnets (12a, 12b) with a radial star shape lamellar cores (82) arranged for the central stroke path (87) of a percussion piston (81), which have pole pieces (84, 86) separated from one another by a gap, the ends of which laterally delimit the stroke path of the percussion piston. z. Drilling device according to Claim 1, characterized in that the impact frequency is determined by the frequency of the electrical energy supplied to the impact device. Documents considered: German Patent No. 175 283; Austrian Patent No. 18,616; U.S. Patent No. 2,672,322.