DE19513232C2 - Rohrschutzaufsatz - Google Patents
RohrschutzaufsatzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schutzaufsatz für Bohrrohre mit den Merkmalen des
Oberbegriffs der Patentansprüche 1 und 2.
Rohrschutzaufsätze sind rohrförmige Gummielemente, die die Bohrrohre in
Bohrlöchern umgreifen. Sie legen sich an das Futterrohr an, in das das Bohrrohr
beim Bohren eingeführt wird. Beim Bohren können Spülflüssigkeit und Bohr
schlamm im Ringraum zwischen dem Futter- und dem Bohrrohr umlaufen.
Rohrschutzaufsätze mit in die Außenfläche eingeschnittenen Längsnuten erlau
ben zwar auch in engen Bohrlöchern eine Strömung. Beim Drehen des Bohr
rohrs erzeugt die Nutenanordnung in engen Bohrlöchern jedoch - insbesondere
beim Ablenkbohren - starke Schwingungen. Es sind daher Rohrschutzaufsätze
mit wendelförmig geführten Nuten verwendet worden, die aber beim Ablenk
bohren ebenfalls in starke Schwingungen ausbrachen.
Aus dem DE 18 43 616 U ist ein solcher Schutzaufsatz bekannt, beim dem die
Erhebungen in einem Fischgrätmuster angeordnete Dreiecke oder Rechtecke
sind.
Die US-PS 2,252,978 zeigt einen Schutzaufsatz mit radial vorstehenden Erhebun
gen, die zwischen sich axial und rundum verlaufende Kanäle bilden.
Nach der US-PS 3,294,122 besitzt ein Schutzaufsatz regelmäßig angeordnete Er
hebungen, wobei der freie Raum zwischen den Erhebungen den Durchfluß er
möglicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutzaufsatz zu schaffen, der
bei einer ausreichenden Oberflächengröße genügend weite Kanäle aufweist,
gute Abnutzungseigenschaften besitzt und bei niedrigem Energiebedarf für die
Drehung zugleich Schwingungen weitgehend unterdrückt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merk
malen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 2. Weitere Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße verbesserte Rohrschutzaufsatz vereinigt
die Vorteile einer ausreichenden Oberflächengröße im Sinne
guter Abnutzungseigenschaften mit Nuten bzw. Kanälen für die
Fluidströmung bei niedrigem Drehenergiebedarf und weitgehen
der Unterdrückung von Schwingungen. Der Rohrschutzaufsatz ist
mit einem vorgewählten Innendurchmesser auf etwa den Außen
durchmesser des Bohrrohrs hin ausgelegt. Ein Muster auf der
Außenfläche des Gummi-Rohrelements besteht aus erhabenen Flä
chen, die von ineinander übergehenden Kanälen umgeben sind.
Im Vergleich der Anordnung auf etwa der oberen Hälfte des
Rohrschutzaufastzes mit dem auf etwa der unteren Hälfte ist
das Muster bilateral asymmetrisch.
In einer Ausführunngsform benutzt das Muster durchgehend die
gleiche geometrische Figur wie bspw. eine Raute. Die Rauten
sind nicht gleichgroß und gleich konfiguriert, um die bilate
rale Asymmetrie an der Mittellinie des Rohrschutzaufsatzes
herzustellen. Die Asymmetrie um die Mittellinie läßt sich
auch mit einer Kombination aus geometrischen und unregelmäßigen
Figuren erreichen. Um eine Strömung der Bohrlochflüssig
keit zu ermöglichen, machen die Kanäle vorzugsweise etwa 40%
bis etwa 70% des Musters aus. Die erhabenen Flächen des Mu
sters machen ebenfalls vorzugsweise 30% bis 60% der Außen
fläche aus, um die Abnutzung im Betrieb geringzuhalten. Wei
terhin können die erhabenen Flächen mit gerundeter Außenkon
tur ausgeführt sein.
Der verbesserte Rohrschutzaufsatz läßt sich den der Fachwelt
bekannten Rohrschutzaufsätzen anpassen. Eine bevorzugte Kon
struktion ist ein herkömmlicher Spalt-Rohrschutzaufsatz mit
einer Öffnung entlang der Länge des Gummielements, an der er
aufgespreizt werden kann, um das Aufsetzen auf ein Rohr zu
erleichtern. Eine Schließeinrichtung legt das Rohrelement auf
einem Rohr fest. Viele Spalt-Rohrschutzaufsätze weisen inein
andergreifende Metallzähne auf, die von Gummi abgedeckt sind
und miteinander mittels eines Schlüssels versperrt werden,
den man längs durch die Zähne schiebt. Die Metallzähne gehen
in einen zylindrischen Metalleinsatz innerhalb des Gummi-
Rohrelements über. Der Metalleinsatz kann aus Well- oder
glattem Blech bestehen. Der erfindungsgemäße Spalt-Rohr
schutzaufsatz ist auf der Außenfläche gemustert ausgeführt,
wie hier beschrieben. Obgleich die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung für einen Spalt-Rohrschutzaufsatz gilt, läßt
das asymmetrische Muster sich auch für Streck-Rohrschutzauf
sätze verwenden, die man auf das Bohrrohr aufsetzt, indem man
sie kurzzeitig so stark aufweitet (den Innendurchmesser ver
größert), daß sie auf ein Rohr aufgeschoben werden können.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines auf ein Rohr aufge
setzten Rohrschutzaufsatzes mit einem um die Mit
tellinie asymmetrischen Rauten/Kanal-Muster;
Fig. 2 ist eine Draufsicht des Rohrschutzaufsatzes der
Fig. 1 im nicht aufgesetzten Zustand;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines auf ein Rohr aufge
setzten Rohrschutzaufsatzes mit einem um die Mit
tellinie asymmetrischen Muster aus erhabenen Oval
formen;
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf den Rohrschutzaufsatz der
Fig. 3 im nicht aufgesetzten Zustand; und
Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines auf ein Rohr aufge
setzten Rohrschutzaufsatzes mit einer Vielzahl von
Figuren.
Die erfindungsgemäßen Rohrschutzaufsätze lassen sich aus den
Polymerisaten herstellen, die allgemein für das Abteufen von
Bohrlöchern bekannt und der fachwelt vertraut sind. Ein be
vorzugter Gummi ist ein Acrylnitril-Butadien-Mischpolymerisat
mit hohem Acrylnitrilanteil, das auch als Nitrilbasispolyme
risat bekannt ist. Die Shore-A-Durometer-Härte des Rohrele
ments liegt zwischen etwa 50 und etwa 80. Der bevorzugte Be
reich der Shore-A-Durometer-Härte ist ca. 65 bis 70.
Der Acrylnitril-Mischpolymerisat-Gummi ist gegen Öl und
Kraftstoffe beständig, hat eine hohe Zug- und Reißfestigkeit
sowie einen hohen Abrieb- und Wärmewiderstand und ist gasun
durchlässig. Der Acrylnitril-Mischpolymerisat-Gummi kann mit
der Fachwelt bekannten Zuschlägen versetzt werden, um
bestimmte Eigenschaften zu verbessern.
Ein bevorzugter Polymerisatansatz für einen farbigen rußfrei
en nichtverstärkten Gummi ist in der Tabelle 1 angegeben.
Komponente | |
Teile/100 d.Polymerisats | |
NBR-Polymerisat | 100 |
Zinkoxid | 4-9 |
Siliziumdioxid | 25-60 |
Stearinsäure | 1,0-1,5 |
Oxid- und Ozonbeständigkeit erteilende Mittel | 3,5-10 |
Prozeßöle | 25-50 |
Verstärkungsharz und Harzhärter | 5-15 |
Eisenoxid-Pigment | 3-8 |
Sulfenamid-Härtemittel | 2-5,5 |
Thiuram-Härtemittel | 1,5-4,5 |
Einen bevorzugten Ansatz für ein rußhaltiges verstärktes Po
lymerisat zeigt die Tabelle 2.
Komponente | |
Teile/100 d.Polymerisats | |
NBR-Polymerisat | 100 |
Zinkoxid | 4-9 |
Stearinsäure | 1,0-1,5 |
Ruß (N774) | 30-70 |
Oxid- und Ozonbeständigkeit erteilende Mittel | 3,5-10,0 |
Prozeßöle | 25-50 |
Verstärkungsharz und Harzhärter | 5-15 |
Sulfenamid-Härtemittel | 2-5,5 |
Thiuram-Härtemittel | 1,5-4,5 |
Das Muster auf dem Rohrschutzaufsatz wird durch in die Außen
fläche des Gummis eingebrachte Kanäle gebildet. Diese Kanäle
umgeben jeweils eine geometrische oder unregelmäßige Figur,
die aus den Kanälen heraus erhaben liegt. Die Kanäle können
auf beliebige Weise ausgebildet sein, sofern nur eine Flüs
sigkeit hindurchtreten kann. Der Kanal kann ein glatter halb
kreis-, U- oder V-förmiger oder ein eckiger Einschnitt sein.
Diese Aufstellung soll keinen Kanalquerschnitt ausschließen,
die eine Fluidströmung erlaubt. Die Kanäle auf einem jeweili
gen Rohrschutzaufsatz können auch aus mehreren verschiedenen
Einschnittformen kombiniert sein. Die Kanäle verlaufen bis
zur Schulter eines Spalt-Rohrschutzaufsatzes, damit die Bohr
lochflüssigkeit am Rohrschutzaufsatz vorbeiströmen kann. Die
Schultern verlaufen schräg zum Innendurchmesser des Rohrele
ments. Die Kanäle können etwa 40% bis etwa 70% des Außen
flächeninhalts des Rohrschutzaufsatzes ausmachen.
Das von den Kanälen erzeugte Muster ist um die Mittellinie
bzw. bilateral asymmetrisch, so daß das Muster auf etwa der
oberen Hälfte des Rohrschutzaufsatzes im Vergleich zu dem auf
etwa der unteren Hälfte asymmetrisch ist. Die geometrische
oder eine unregelmäßige Gestalt läßt sich verwenden, wie auch
eine Mischung von Formen. Geometrische Formen, die sich mit
den Kanälen erzeugen lassen, sind Rauten, Ellipsen, Kreise,
Ovale, Rechtecke, Halbkugeln, Parallelogramme, Trapezoide,
Dreiecke, mehrseitige Figuren und Figuren mit unregelmäßigen
Seiten. Diese aufstellung soll keinesfalls iregendwelche Ge
stalten oder Formen ausschließen, sondern nur die zahlreichen
Figuren erläutern, die verwendbar sind. Die erhabenen Figuren
können an der Oberfläche flach oder gerundet sein.
Die Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfin
dungsgemäßen Rohrschutzaufsatzes. Das Gummi-Rohrelement 10
ist auf das Rohr 12 aufgesetzt gezeigt. Die Kanäle, von denen
einer bei 14 gezeigt ist, sind in die Außenfläche des Rohr
elements 10 eingeformt oder aus ihr herausgearbeitet. Die
Kanäle verlaufen bis zu den Schultern 16, 18 an den beiden
Enden des Rohrelements 10, um eine Strömung der Bohrlochflüs
sigkeit zu erlauben. Die Kanäle erzeugen erhabene Flächen,
die in Fig. 1 als Rauten gezeigt sind; vergl. das Bezugszei
chen 20. Die Linie A-A' stellt etwa die Mittellinie des Rohr
elements 10 dar und ist eingezeichnet worden, um anhand eines
Vergleichs etwa der oberen mit etwa der unteren Hälfte des
Rohrschutzaufsatzes die bilaterale Asymmetrie darzustellen.
Die Fig. 2 ist eine Draufsicht des nicht auf ein Rohr aufge
setzten Rohrschutzaufsatzes der Fig. 1. Die zur Schulter 16
verlaufenden Kanäle sind als U- bzw. halbkreisförmige Ein
schnitte dargestellt; vergl. den Kanal beim Bezugszeichen 22.
Die Draufsicht zeigt einen typischen gespaltenen Rohrschutz
aufsatz mit einer Öffnung 24 und dem Schlüssel 26 zum Festle
gen des Aufsatzes auf einem Rohr, wie hier beschrieben.
Die Fig. 3 ist die Seitenansicht einer alternativen Ausfüh
rungsform und zeigt die Verwendung gerundeter Konturen auf
den erhabenen Oberflächen bei einem asymmetrischen Ovalmu
ster. Der allgemein bei 30 gezeigte Rohrschutzaufsatz ist auf
das Rohr 32 aufgesetzt. Eine Anzahl erhabener Ovale (vergl.
das Bezugszeichen 34) sind so angeordnet, daß sie im Verleich
etwa der oberen Hälfte mit etwa der unteren Hälfte des Auf
satzes bilateral asymmetrisch sind. Um die erhabenen ovalen
abgerundeten Formen herum verlaufen Kanäle (vergl. das Be
zugszeichen 36), die, wie bereits erwähnt, eine Strömung der
Bohrlochflüssigkeit erlauben und zu den Schultern 38, 40
verlaufen.
Die Fig. 4 ist eine Draufsicht des nicht auf ein Rohr aufge
setzten Rohrschutzaufsatzes der Fig. 3. Die Draufsicht zeigt
den typischen gespaltenen Rohrschutzaufsatz mit der Öffnung
42 und dem Schlüssel 44, mit dem der Aufsatz auf dem Rohr
festgelegt wird. Die gegeneinander versetzten erhabenen ab
gerundeten Ovale sind mit ihrer obersten Reihe (vergl. das
Bezugszeichen 46) abgeschnitten und in die Schulter 38 über
gehend dargestellt. In dieser Darstellung ist eine Folge mit
dem Bezugszeichen 48 bezeichneter versetzter Ovale zu erken
nen.
Die Fig. 5 zeigt in einer Seitenansicht eine weitere Ausfüh
rungsform des erfindungsgemäßen Rohrschutzaufsatzes mit einer
kombinierten Musterung auf das Rohr 50 aufgesetzt. Das Rohr
element 52 trägt eine Vielzahl von Formen - Sechsecke, Halb
kreise, Kreise, Rauten, Rechtecke und abgeschnittene Formen,
die gemeinsam ein bilaterales asymmetrisches Muster auf der
Außenfläche ausmachen. Die Figuren sind erhaben und die unre
gelmäßigen Räume zwischen den Figuren können die Kanäle dar
stellen.
Der erfindungsgemäße Rohrschutzaufsatz zeigte im Einsatz beim
Bohren eine niedrige Schwingenergie. Der Aufsatz mit Rauten
musterung entsprechend dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten wurde
unter den im Feld auftretenden Lasten getestet und mit
glatten und genuteten Aufsätzen verglichen. Die Höhe der
Rohrschutzaufsätze beträgt zwischen den Schultern 102 mm (4 in.),
die Gesamthöhe 152 mm (6 in.). Die Rohrschutzaufsätze
wurden bei einer Seitenlast von 44 N/mm (3000 lbs./ft.) und
88 N/mm (6000 lbs./ft.) und 158 U/min geprüft. Der Meßwert
der Schwingungsenergie wurde durch Bestimmen der Amplitude
der Grundwelle und Addition der Amplituden der ersten, zwei
ten, dritten und vierten Harmonischen ermittelt. Die Summe
wurde zu Energieeinheiten umgewandelt, die Porpotional zur
Amplitudenmessung sind. Der resultierende Zahlenwert für die
Schwingungsenergie dient zum Vergleich zwischen den geprüften
Rohrschutzaufsätzen.
Die folgende Tabelle 3 stellt eine zusammenfassende Messung
der Schwingungsenergie für glatte und genutete Rohrschutz
aufsätze sowie solche mit asymmetrischem Rautenmuster dar.
Zum Vergleich des asymmetrischen Rautenmusters mit den her
kömmlichen, glatten oder genuteten Rohrschutzaufsätzen wurde
dem Wert für das asymmetrische Rautenmuster der Wert 1 zuge
teilt und die anderen Werte proportional umgerechnet. Die
folgende Tabelle 4 weist die geringere Schwingungsenergie des
erfindungsgemäßen Rohrschutzaufsatzes aus.
Claims (12)
1. Schutzaufsatz für Bohrrohre mit einem rohrförmigen elastischen Element
zum Einbau im Bohrgestänge zwecks Drehung desselben innerhalb eines
Bohrloches, mit einem auf der Außenfläche des Elementes angeordneten
Muster aus einstückig mit dem Untergrund verbundenen Erhebungen, die
von einer Mehrzahl miteinander in Verbindung stehender Kanäle umgeben
sind, durch die Bohrflüssigkeit am Schutzaufsatz vorbei fließt, wobei die
Kanäle am unteren Rand des Elementes beginnen und sich zum oberen Rand
erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (14) sich spitzwinklig
kreuzen und ein Muster von rautenförmigen Erhebungen (20) bilden.
2. Schutzaufsatz für Bohrrohre mit einem röhrenförmigen elastischen Element
zum Einbau im Bohrgestänge zwecks Drehung desselben innerhalb eines
Bohrloches, mit einem auf der Außenfläche des Elementes angeordneten
Muster aus einstückig mit dem Untergrund verbundenen Erhebungen, die
von einer Mehrzahl miteinander in Verbindung stehender Kanäle umgeben
sind, durch die Bohrflüssigkeit am Schutzaufsatz vorbei fließt, wobei die
Kanäle am unteren Rand des Elementes beginnen und sich zum oberen Rand
erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (34) eine ovale
Grundform haben.
3. Schutzaufsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ovalen
Erhebungen (34) eine gewölbte Oberfläche haben.
4. Schutzaufsatz nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß sich das Muster aus verschiedenen geometrischen
Formen zusammensetzt.
5. Schutzaufsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das
Muster aus regelmäßigen und unregelmäßigen Formen zusammensetzt.
6. Schutzaufsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erhebungen Rauten, Rechtecke, mittig geteilte Ovale, Halbkreise und
Sechsecke sind.
7. Schutzaufsatz nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Muster oberhalb einer mittigen Linie asymmetrisch
zu dem unterhalb der mittigen Linie ist.
8. Schutzaufsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
miteinander verbundenen Kanäle (14) etwa 40% bis etwa 70% des Musters auf
der Außenfläche des Elements (10) ausmachen.
9. Schutzaufsatz nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Erhebungen (34) etwa 30% bis etwa 60% des Musters auf der
Außenfläche des Elements (30, 52) ausmachen.
10. Schutzaufsatz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet
durch zur Innenwand des Elements (10, 30) hin schräge Schultern (16, 18, 38,
40) an beiden Enden desselben.
11. Schutzaufsatz nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Element (10, 30, 52) ein Aufstreck-Aufsatz ist.
12. Schutzaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch
einen entlang des Elements (10) verlaufenden aufspreizbaren Spalt (24, 42)
und durch einen Schlüssel (26, 44) zum Festlegen des Elements (10, 30) auf
dem Rohr (12, 32).
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