DE1095230B

DE1095230B - Rotary drilling hollow rods

Info

Publication number: DE1095230B
Application number: DEH32063A
Authority: DE
Inventors: James Edwin Hill
Original assignee: HELEN R HILL
Current assignee: HELEN R HILL
Priority date: 1958-01-07
Filing date: 1958-01-07
Publication date: 1960-12-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehbohr-Hohlgestänge mit einem teleskopartigen Kolben-Zylinder-Abschnitt zur Verwendung bei Erdölbohrungen.The invention relates to a rotary drilling hollow rod with a telescopic piston-cylinder section for use in oil wells.

Solche Gestänge sind grundsätzlich bereits bekannt. Bei ihnen ist ein Teil des Bohrgestänges mit einem Zylinder versehen, in dem ein rohrförmiger Kolben gleitbar und aus ihm herausziehbar gelagert ist, der mit dem anderen Teil des Gestänges verbunden ist. Dabei sind Einrichtungen vorgesehen, die die Längsund Drehbewegungen des Kolbens innerhalb des Zylinders begrenzen. Der. Kolben und der Zylinder sind durch Dichtungseinric'htungen gegeneinander abgedichtet und bilden somit gemeinsam eine hydraulische Kammer. Durch so geartete Anordnungen wird erreicht, daß lediglich der untere, mit dem Kolben verbundene Teil des Gestäjnges einen Druck auf den Bohrkopf ausübt. Neben .anderen Vorteilen solcher Anordnungen wird damit, bewirkt, daß dieser Druck auf den Bohrkopf immer gleichmäßig ist und durch Veränderung dieser unteren Gestängelänge einfach variiert werden kann. .Bei den bisher bekannten Anordnungen dieser Art waren jedoch' die Dichtungseinrichtungen so beschaffen, daß ein solches Bohrgestänge nicht längere; Zeit, insbesondere in tiefen Bohrlöchern mit entsprechend hohen Drucken, wirtschaftlich arbeiten konnte, da die verwendeten Dichtungsglieder sehr schnell- von den Schleifmitteln, die in der Bohrflüssigkeit enthalten sind, abgenutzt werden. Beispielsweise ist vorgeschlagen worden, bei solchen Bohrgestängen Schalen und Schalenringe als Dichtungsglieder zu verwenden. Es hat sich aber auch hier gezeigt, daß in der Praxis die üblichen Schalen den Drucken in.. tiefen Bohrlöchern nicht widerstehen können. ■_,·;■"Such linkages are basically already known. They have part of the drill string with a Provided cylinder in which a tubular piston is slidably mounted and pulled out of it, the is connected to the other part of the linkage. Devices are provided that the longitudinal and Limit the rotation of the piston within the cylinder. Of the. Piston and the cylinder are Sealed from one another by sealing devices and thus together form a hydraulic one Chamber. Such arrangements ensure that only the lower one connected to the piston Part of the linkage putting a pressure on the Drill head exercises. In addition to .other advantages of such arrangements, this causes this pressure on the drill head is always even and easy by changing this lower rod length can be varied. With the previously known arrangements of this type, however, the sealing devices were so designed that such a drill pipe not longer; Time, especially in deep boreholes with correspondingly high pressures, economical Could work because the sealing members used very quickly - from the abrasives that are contained in the drilling fluid. For example, it has been suggested at to use such drill pipe shells and shell rings as sealing members. But it has also shown here that in practice the usual shells do not withstand the pressure in .. deep boreholes can resist. ■ _, ·; ■ "

Durch die vorliegende Erfindung wird- es erst ermöglicht, die beschriebenen Bohrgestänge voll' wirtschaftlich nutzbar zu machen und ihre nutzvolle Anwendung, insbesondere τ bei tiefen Bohrlöchern, somit zu ermöglichen. Die ^Erfindung kennzeichnet sich darin, daß die Dichtung zur Abdichtung von Kolben und. Zylinder als stirnseitige ^Fortsetzung des freien Endes des Kolbens ausgebildet ist und durch eine federbelastete Scheibe -gegen die Zyljnderwand und die Kolbenstirnseite gedrückt ist. Diese Art der Dichtung bjeibt äußerst lange wirksam und stellt somit eine wirklich wirksame Anwendung besonders in tiefen Bohrlöchern sicher, was mit allen bisher bekannten Vorrichtungen nicht möglich war. Durch die erfindungsgemäße Dichtung wird sichergestellt, daß die Bohrflüssigkeit nicht direkt in den Verschluß oder Kupplungsmechanismus des Bohrgestänges eindringt und diesen unwirksam macht. -The present invention makes it possible for the first time to make the described drill rods fully 'economically usable and their useful application, in particular τ in deep boreholes, thus to enable. The ^ invention is characterized in that the seal for sealing the piston and. Cylinder as a frontal ^ continuation of the free End of the piston is formed and by a spring-loaded disc-against the cylinder wall and the piston face is pressed. This type of seal is effective for an extremely long time and therefore provides a really effective application especially in deep boreholes, what with all known so far Devices was not possible. The seal according to the invention ensures that the Drilling fluid does not enter the lock or coupling mechanism of the drill string directly and makes it ineffective. -

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeich-Drehbohr-Hohlgestänge Further details and advantages of the present invention are given below with reference to the drawing rotary drilling hollow rods

Anmelder:Applicant:

Helen R. Hill,
Fort Worth, Tex. (V. St. A.)Helen R. Hill,
Fort Worth, Tex. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. K.-R. Eikenberg, Patentanwalt,
Hannover, Am Kliagesmarkt 10/11Representative: Dr. K.-R. Eikenberg, patent attorney,
Hanover, Am Kliagesmarkt 10/11

James Edwin Hill*, Fort Worth, Tex. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt wordenJames Edwin Hill *, Fort Worth, Tex. (V. St. Α.),
has been named as the inventor

nungen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert'. In den Zeichnungen zeigtExplained in more detail in an exemplary embodiment '. In the drawings shows

Fig. 1 eine Ansicht des Kolben-Zylinder-Abschnitts eines Bohrgestänges mit einem. Meißel am unterenFig. 1 is a view of the piston-cylinder portion of a drill string with a. Chisel at the bottom

Ende, .·".··.End, .·".··.

Fig. 2 teilweise einen vergrößerten Vertikalschnitt und teilweise eine Ansicht eines solchen Kolben-Zylinder-Abschnitts mit der erfindungsgemäßen Dich-, tang,,./ ;..;... ^Λ _;_ " " ·■ ·. .-ι-- ·■■-■'2 shows partially an enlarged vertical section and partially a view of such a piston-cylinder section with the sealing, tang ,,. /; ..; ... ^Λ _; _ "" · ■ ·. .-ι-- · ■■ - ■ '

Fig, 3; einen-vergrößerten Vertikalschnitt eines Zylinderteils mit der erfindungsgemäßen Dichtungsko-nstruktion zum direkten Hindurchleifcen . der Bohrflüssigkeit durch den Kolben und seine Stange und Fig. 4 eine ■ Ansicht - des oberen Zylinderteils mit dem oberen Ende der die Dichtung betätigenden Fe-4er und eine Einrichtung zur Befestigung des oberen Endes der Feder am Zylinder. ^; -■'·■.· ..:'/> ^; Fig. 3; an enlarged vertical section of a cylinder part with the sealing construction according to the invention for direct looping through. the drilling fluid through the piston and its rod; and Fig. 4 is a view of the upper part of the cylinder with the upper end of the Fe-4er actuating the seal and a device for fastening the upper end of the spring to the cylinder. ^; - ■ '· ■. · ..:'/>^;

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der Zylinder-Kolben-Abschnitt 10 in ein Drehbohrgestänge 11 -eingefügt, das einen Meißel 12 und eine beliebige Zahl von Schwerstangen 13 umfaßt. Der Abschnitt 10 ist zwischen den Schwerstangen 13 eingeschlossen, und es ist zu ersehen, daß das Gewicht oder die-Belastung auf den Meißel 12: irr erster. Linie durch die Zahl der Schwerstangen bestimmt - wird,· die unterhalb des Kolben-Zylinder-Abschnitts, angeordnet sind.As shown in FIG. 1, the cylinder-piston section 10 is inserted into a rotary drill string 11 which comprises a bit 12 and any number of drill collars 13. Section 10 is enclosed between drill collars 13 and it can be seen that the weight or load on bit 12 is the first. Line determined by the number of collars - which are arranged below the piston-cylinder section.

Wie im einzelnen in Fig. 2 dargestellt, umfaßt der Abschnitt 10 einen rohrförmigen Körper mit- einem oberen rohrförmigen Zylinderteil 14. und einem unteren* rohrförmigen Teil 15, die über ein Gewinde miteinander verbunden sind. Eine rohrförmige Kolbenstange 16 ist gleitbar in dem Zylinder 14 und in dem rohrförmigen Teil 15 gelagert und erstreckt sich nach unten aus dem letzteren heraus, wobei über einAs shown in detail in FIG. 2, the section 10 comprises a tubular body with a upper tubular cylinder part 14. and a lower * tubular part 15 which are connected to one another via a thread. A tubular piston rod 16 is slidably supported in cylinder 14 and tubular member 15 and extends down out of the latter, being about a

009 679/91009 679/91

Gewinde ein unterer Anschlußteil 17 auf das untere Ende der Stange 16 aufgeschraubt ist. Der untere Anschlußteil 17 ist von größerem Durchmesser als die Stange 16 und ist mit einem konisch verlaufenden Gewinde 18 an seinem unteren Ende versehen, an dem die Schwerstangen 13 und unter diesen der Meißel 12 befestigt sind.Thread a lower connector 17 is screwed onto the lower end of the rod 16. The lower Connection part 17 is larger in diameter than the rod 16 and is tapered with a Thread 18 is provided at its lower end, on which the drill collar 13 and, below these, the chisel 12 are attached.

Das obere Ende der Stange 16 ist zu einem Kolben 19 vergrößert, der auf der inneren Oberfläche einer rohrförmigen Auskleidung 20 aus abriebfestem Material im oberen rohrförmigen Zylinder 14 gleiten kann. Das obere Ende des Zylinders 14 ist mit einem Gewinde 21 versehen, mit dem die darüberliegenden Schwerstangen 13 angeschlossen werden können. Unmittelbar unter dem Gewinde 21 ist der Durchmesser des Zylinders 14 verringert, so daß eine nach innen geformte Schulter 22 entsteht mit einer öffnung 23 für den Durchgang von Bohrflüssigkeit. Unmittelbar unterhalb der Schulter 22 ist der innere Durchmesser des Zylinders 14 vergrößert, so daß sich eine hydraulische Kammer 24 mit stoß dämpfender Wirkung ergibt, auf die an späterer Stelle näher eingegangen werden wird.The upper end of the rod 16 is enlarged to form a piston 19 which rests on the inner surface of a The tubular liner 20 of wear-resistant material slide in the upper tubular cylinder 14 can. The upper end of the cylinder 14 is provided with a thread 21 with which the overlying Collars 13 can be connected. Immediately below the thread 21 is the diameter of the cylinder 14 so that an inwardly shaped shoulder 22 with an opening 23 is formed for the passage of drilling fluid. Immediately below the shoulder 22 is the inner diameter of the cylinder 14 enlarged so that a hydraulic chamber 24 with a shock-absorbing effect results, which will be discussed in more detail later.

Der Kolben 19 ist mit einem inneren Stützgewinde 25 versehen, in welches das Gewinde 26 am unteren Ende einer Dichtung27 eingreift; die Dichtung27 ist als stirnseitige Fortsetzung des freien Endes des Kolbens 19 ausgebildet. Die Dichtung über dem Kolben 19 ist in gleitender Berührung mit der rohrförmigen Auskleidung 20. Das obere Ende 28 der Dichtung 27 ist becherförmig und nimmt eine entsprechend geformte kreisförmige hohle Scheibe 29 auf. Die Scheibe 29 wird in der beschriebenen Stellung vermittels einer Kompressionsschraubenfeder 30 gehalten, die an ihren Enden Anpassungsstücke 31, 31' besitzt. Das obere Anpassungsstück 31 erfaßt die nach innen geformte Schulter 22· des Zylinders 14, während das untere Anpassungsstück 31' gegen die obere Fläche der Scheibe 29 liegt. Die öffnung 23 in der Schulter 22, der Durchmesser der Feder, die axialen Bohrungen 32,33 durch die Stange 16 und das untere Befestigungsstück 17 sind von ausreichender Weite, um den Durchgang von Uberwachungsinstrumenten zu gestatten. Eine im voraus berechnete Federbelastung dehnt das obere Ende der elastischen Dichtung 27 auf Grund des dadurch auf die Scheibe 29 einwirkenden konstanten Drucks, so daß eine wirksame Dichtung aufrechterhalten wird, selbst dann, wenn kein abwärts gerichteter Strom einer Druckflüssigkeit, der den Druck verstärkt, durch diese hindurchfließt. In dem Maße, wie sich die äußere Oberfläche der Dichtung 27 abnutzt, dehnt die Federbelastung die Dichtung nach der Seite aus, wodurch die Dichtung sich selbst erneuert. Das obere Federanpassungsstück 31 wird vermittels einer Schraube 34, die in der einen Seite des Zylinders 14 befestigt ist und durch die nach innen geformte Schulter 22 hindurchführt, festgehalten, indem das innere Ende der Schraube in eine ringförmige Nut 35 im oberen Teil des Federanpassungsstücks eingreift. Das untere Ende des Anpassungsstücks ist bei 36 im Durchmesser verringert und nimmt das obere Ende der Feder 30 auf. Eine weitere Stellschraube 37 ist in dem im Durchmesser verringerten Teil 36 zwischen den Windungen der Feder befestigt und hält diese in ihrer Stellung. In ähnlicher Weise ist das untere Anpassungsstück 31' bei 36' im Durchmesser verringert und nimmt das untere Ende der Feder 30 auf. In dem erwähnten, im Durchmesser verringerten Teil ist eine Schraube 38 befestigt, die zwischen die Windungen der Feder faßt und diese hält. Sollte der Zylinder 14 von dem rohrförmigen Teil 15 getrennt werden, kann die Feder 30 vermittels des oberen Rohrgestänges an die Erdoberfläche gezogen werden, so daß ungestört nach dem unteren Teil der Vorrichtung gefischt werden kann.The piston 19 is provided with an inner support thread 25, in which the thread 26 on the lower End of a seal 27 engages; the seal27 is designed as a frontal continuation of the free end of the piston 19. The seal over the piston 19 is in sliding contact with the tubular liner 20. The upper end 28 of the seal 27 is cup-shaped and receives a correspondingly shaped circular hollow disk 29. The disc 29 is held in the position described by means of a compression coil spring 30 attached to their Ends adapter pieces 31, 31 '. The upper adapter 31 engages the inwardly shaped Shoulder 22 · of cylinder 14, while lower adapter 31 'against the upper surface of the disc 29 lies. The opening 23 in the shoulder 22, the diameter of the spring, the axial bores 32, 33 through the rod 16 and the lower fastening piece 17 are of sufficient width to the passage of monitoring instruments. A spring load calculated in advance will stretch the upper one End of the elastic seal 27 due to the constant acting on the disk 29 as a result Pressure so that an effective seal is maintained even when not downward A flow of a pressure fluid, which increases the pressure, flows through it. To the extent that as the outer surface of the seal 27 wears, the spring load stretches the seal sideways which causes the seal to renew itself. The upper spring adapter 31 is by means of a Screw 34 secured in one side of cylinder 14 and through the inwardly shaped shoulder 22, held in place by inserting the inner end of the screw into an annular groove 35 in the engages the upper part of the spring adapter. The lower end of the adapter is at 36 in Reduced diameter and takes the upper end of the spring 30 on. Another set screw 37 is in attached to the reduced diameter portion 36 between the turns of the spring and holds it in their position. Similarly, lower adapter 31 'is reduced in diameter at 36' and receives the lower end of the spring 30. In the mentioned reduced diameter part there is one Fastened screw 38, which grasps between the turns of the spring and holds it. Should the cylinder be 14 be separated from the tubular part 15, the spring 30 can be connected by means of the upper pipe rod the surface of the earth can be pulled so that the lower part of the device can be fished undisturbed can.

ίο Kurz unterhalb der Verbindungsstelle des Zylinders 14 mit dem rohrförmigen Teil 15 ist eine Ausgleichsöffnung 45 in der Wand des rohrförmigen Teils 15 vorgesehen. Durch diese Öffnung 45 gleichen sich die Drücke innerhalb und außerhalb des rohrförmigen Teils 15 aus. Außerdem gestattet die öffnung 45 auch eine Verdrängung der Flüssigkeit, die sich innerhalb des rohrförmigen Teils 15 befindet, bei gewissen Phasen der Arbeitsweise.ίο Just below the connection point of the cylinder 14 with the tubular part 15 is a compensation opening 45 in the wall of the tubular part 15 provided. Through this opening 45, the pressures inside and outside the tubular Part 15 off. In addition, the opening 45 also allows a displacement of the liquid that is inside of the tubular part 15 is located, at certain stages of operation.

Während des Bohrvorgangs läßt die Ausgleichs-During the drilling process, the compensation

ao Öffnung 45 in der Wand des rohrförmigen Teils 15 Bohrflüssigkeit aus dem Bohrloch in dem Maße ein- und austreten, wie die kolbenartige Dichtung 27 sich auf und ab bewegt. Auf Grund des Durchmessers der hydraulischen Kammer 24, der größer ist als der Durchmesser der axialen Bohrung 32 in der Stange 16, wird der Stange 16 und dem unter dieser angeschlossenen Bohrgestänge eine abwärts gerichtete kolbenartige \Virkung erteilt. Wenn die Bohrflüssigkeit unter Druck nach unten durch das Bohrgestänge gedrückt wird, führt dieser Druck zu einer Spreizung des becherförmigen oberen Endes der Dichtung 27. Wie bereits erwähnt, führt jedoch auch die vorbelastete Feder 30 zu jeder Zeit eine wirksame Dichtung herbei, selbst dann, wenn keine Flüssigkeit durch diese hindurchströmt.ao opening 45 in the wall of the tubular part 15 drilling fluid from the borehole to the extent that and leak out as the piston-like seal 27 moves up and down. Due to the diameter of the hydraulic chamber 24, which is larger than the diameter of the axial bore 32 in the rod 16, the rod 16 and the drill pipe connected below it becomes a downwardly directed piston-like \ Effect granted. When the drilling fluid is pushed down through the drill pipe under pressure is, this pressure leads to a spreading of the cup-shaped upper end of the seal 27. How already mentioned, however, the preloaded spring 30 also produces an effective seal at all times, even if no liquid flows through them.

Claims

Patent claims:

1. Rotary drilling hollow rods with a telescopic piston-cylinder section, the piston of which has a seal, characterized in that the seal (27) is an end-face continuation of the free end of the piston (19) is formed and by a spring-loaded disc (29) against the cylinder wall and the piston face is pressed.

2. Drill rod according to claim 1, characterized in that the diameter of the axial Channel in the sealing body (27) has essentially the same diameter as the Bore (32) in the piston rod (16).

3. Linkage according to claims 1 and 2, characterized in that the spring is a helical spring (30), which carries adapting pieces (31,31 ') at its ends, the upper adapting piece (31) being detachable with the upper end of the Cylinder is connected and the lower adapter (31 ') is supported on the disc (29).

4. drill rod according to claim 1 and 2, characterized in that in per se known Way, the inside width of the hollow piston is essentially as large as the smallest inside Width of the drill pipe.

Considered publications:
U.S. Patent Nos. 1,844,257, 2,684,835.

1 sheet of drawings