DE612285C - Bohrwinden- und Drehtischantrieb fuer Tiefbohrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung· bezieht sich, auf Vorrichtungen zum Antrieb der Bohrwinde und des Drehtisches bei Tiefbohrern, die mit mehreren Geschwindigkeiten arbeiten. Solche Vorrichtungen kommen insbesondere beim Bohren von Tiefbrunnen, also beispielsweise insbesondere zur Ausführung von Erdölbohrungen, zur Anwendung.

Für Tiefbohrungen verwendet man ein Bohrgestänge, welches, um dem am unteren Ende sitzenden Bohrkopf die erforderliche Drehung zu geben, über Tage, d.h. von der Erdoberfläche aus angetrieben wird. Dieses Bohrgestänge wird in einem Bohrturm an einem Kabel aufgehängt. Das Kabel läuft auf einer Trommel. Bei der hier in Frage kommenden Vorrichtung zur Regulierung und Steuerung der Geschwindigkeiten wird das mit dem Bohrgestänge auf dem Bohrkopf lastende Gewicht dem Drehmoment des Bohrgestänges so angepaßt, daß bei Veränderungen des der Drehung des Bohrkopfes entgegenstehenden Widerstandes ein Abdrehen oder Verwürgen des Bohrgestänges vermieden wird.

Bei Ausführung einer Tiefbohrung trifft man auf die verschiedensten Steinformationen, beispielsweise auf losen Sand, auf zähen Lehm oder Ton oder auf hartes Gestein. Um wirksame Arbeit leisten zu können, muß man bei Tiefbohrungen den verschiedensten Verhältnissen, die sich beim Durchdringen der obengenannten Formationen ergeben, Rechnung tragen. Die Drehgeschwindigkeit bzw. das Drehmoment des Bohrgestänges muß zu dem auf dem Bohrkopf ruhenden Gewicht ein gewisses Verhältnis besitzen, das in weiten Grenzen entsprechend der Verschiedenartigkeit des zu .durchbohrenden Gesteins veränderlich ist. Man hat zu diesem Zwecke bereits verschiedene Arten von Regulier- oder Steuervorrichtungen gebaut, auch solche, bei welchen ein Differentialrädergetriebe, sei es mit Kegelräder- oder mit Stirnräderantrieb, zur Anwendung kam. Allein ihre Bauart war oft wenig übersichtlich und kostspielig.

Vorliegende Erfindung sieht nun die Schaffung einer Regulier- oder Steuervorrichtung vor, bei welcher als Differential zwischen einer den Antrieb aufnehmenden und einer den Antrieb weitergebenden Welle fein Stirnräderdifferential vorgesehen ist, das teils auf der einen und teils auf der anderen Welle drehbar gelagert ist und einerseits mit einem zentral sitzenden, auf der Welle befestigten Stirnzahnrad, sowie anderseits mit einem ebenfalls zentral sitzenden, auf der angetriebenen Welle befestigten weiteren Stirnzahnrad kämmt, während am Differential selbst ein

Stirnzahnrad zur Übertragung des Antriebes auf eine Kupplungsräderwelle fest angebracht ist.

Erfindungsgemäß besteht das Differential aus einem sternartigen Gebilde, kurz Armkreuz genannt, das aus zwei miteinander verbolzten Hälften gebildet ist und an dessen Armenden je ein Stufenzalmrad drehbar gelagert ist, dessen- kleinerer Zahnkranz mit ίο einem Triebrad auf der Antriebswelle und dessen größerer Zahnkranz mit einem Triebrad auf der angetriebenen Welle in Eingriff steht.

Weitere Aufgaben und die besonderen Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie einer auf den beiliegenden Zeichnungen dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform. ₍ Es zeigt

Abb. ι eine Bohranlage mit einer Regulieroder Steuervorrichtung nach der Erfindung, Abb. 2, von oben gesehen, einen Drehtischantrieb mit Regulier- oder Steuervorrichtung nach, der Erfindung,

Abb. 3 eine im Sinne der Erfindung gebaute Regulier- oder Steuervorrichtung von oben gesehen,

Abb. 4 dieselbe von der Seite gesehen, Abb. 5 einen Schnitt etwa nach Linie 5-5 der Abb. 4,

Abb. 6 einen Schnitt ungefähr nach Linie 6-6 der Abb. 4,

Abb. 7 einen Schnitt etwa nach der Linie 7-7 der Abb. 3,

Abb. 8 in Ansicht und zum Teil im Schnitt die Vorrichtung zur Betätigung der Kupplung des den Drehtisch treibenden Kettenrades.

In der hier zur Darstellung gebrachten Ausführungsform zeigt 1 einen Bohrturm und 2 den Boden, . auf welchem ein Drehtisch 3 irgendeiner Bauart und eine Winde 4 mit Antrieb für diesen Drehtisch angeordnet sind.

Die Winde 4 mag von irgendeiner beliebigen zweckentsprechenden Bauart sein. Ein Motor oder irgendeine Antriebsmaschine 5 ist außerhalb des Bohrturmes 1 untergebracht, und zwischen der Antriebsmaschine 5 und der Winde 4 ist eine Vorrichtung 6 zur. Steuerung und Regulierung der Bohrarbeit angeordnet. Die Antriebsmaschine 5 ist mit dem Triebkettenrad 8 und der Regulier- oder Steuervorrichtung 6 durch eine Kette 7 verbunden. Die Reguliervorrichtung 6 ist durch das Triebkettenrad 9, durch eine Kette 10, durch ein auf der Triebwelle 12 der Winde 4 sitzendes Zwischenräderpaar 11 und durch eine Kette 13 mit dem Triebkettenrad 14 des Drehtisches 3 verbunden.

Die Regulier- oder Steuervorrichtung 6 ist an dem zum Antrieb der Winde dienenden Kettenrad 15 durch, eine Kette 16 mit dem auf der WindentriebweUe 12 sitzenden Kettenrad

17 verbunden. Die Triebwelle 12 ist durch mehrere Kettentriebe 19, 20 und 21, die zwischen WindentriebweHe 12 und Trommelwelle

18 einen Antrieb der Seiltrommel 22 mit mehreren Geschwindigkeiten ermöglichen, verbunden. Ein Kabel 23 zum Halten des Bohrgestänges 24 ist über den Aufsatz 26 (Krone) des Bohrturmes 1 geleitet und auf die Windentrommel 22 aufgewickelt, so daß das Bohrgestänge 24 und der daran sitzende Bohrkopf 25 ihre Unterstützung bzw. ihren Halt entweder auf dem Grunde des Bohrloches oder durch das auf die Windentrommel aufgewickelte Kabel 23 finden.

Die Regulier- oder Steuervorrichtung 6 weist nun erfindungsgemäß folgende Konstruktion auf:

Ein Gehäuse 27 wird in drei Teile aufgeteilt, in ein unteres Getriebegehäuse 27«, ein mittleres 27^ und einen Gehäusedeckel %7^C, Das untere Gehäuse 27^ zeigt einen Bodenflansch 28, durch welchen mehrere Bolzen hindurchgezogen werden zur Verankerung auf den Schwellen 29. Das Gehäuse 27° enthält normalerweise vier Wellen, eine Differentialgetriebewelle 30, eine Kupplungsräderwelle 31, eine Triebwelle 32 und eine Reduktionswelle 33 für Motorantrieb. Die drei Teile des Gehäuses 27 ergeben sich durch. Teilung in Ebenen, von denen die eine durch, die Mitte der Wellen 30, 31 tind die andere durch die Mitte der Triebwelle 32 gelegt ist. Die drei Teile des Gehäuses 27 sind da, wo sie aufeinänderzuliegen .kommen, geflanscht und zur Erreichung gänzlicher Flüssigkeitsdichtigkeit fest miteinander zusammengeschraubt. Die Differentialwelle 30 ist in dem Gehäuse 27 untergebracht, und auf dieser Welle ist auf Rollenlagern 36 eine Hohlwelle 35 gelagert. Welle 30 und Hohlwelle 3 5 ■ ruhen auf den Rollenlagern 37 und 38. Diese letzteren sind in den Lagerbüchsen 39 und 40 untergebracht, die mit den Gehäuseteilen 27", 27* aus einem Stück geschaffen sind.

Auf der Differentialwelle 30 ist zu ihrem Antrieb ein Stirnzahnrad 41 vorgesehen. Dieses ist mit der Welle 30, wie bei 42 angedeutet, fest verbunden. Die Hohlwelle 3 5 trägt das fest mit ihr verkeilte Stirnzahnrad 43. Drei Stufenzahnräder 44, 45 und 46 sind mit Rollenlagern 47 auf Wellen 48 montiert. Die Wellen 48 sitzen an den Enden des Armkreuzes 49. Dieses besteht aus zwei miteinander verbolzten Hälften und sitzt auf der Hohlwelle 3 5 mit einem Rollenlager 50 und auf der Difjerentialwelle3o mit einem Rollenlager 51. Der auf der Differentialwelle sitzende Teil des Armkreuzes 49 trägt ein Stirnzahnrad 52. Dieses ist mit dem Armkreuz 49 verschraubt und fest verkeilt.

Für den Antrieb der Reguliervorrichtung 6 mit Dampf-, Gas- oder ähnlichen Maschinen ist mit der Hohlwelle 3 5 außerhalb des Gehäuses 27, wie- bei 53 dargestellt, ein Kettenrad 8 verkeilt. Dieses wird von der Maschine 5 aus mittels Kette 7 angetrieben.

Für den Antrieb der Reguliervorrichtung 6 mit einem Elektromotor ist im Gehäuse 27 die Reduktionswelle 33 eingelagert. Diese ruht auf den Ronenlagern 54. Die Reduktionswelle 33 ist mit der Trieb welle 3 5 durch ein Stirnzahnrad 55 verbunden. Das Stirnzahnrad 55 ist fest auf Welle 33 verkeilt in einer Stellung, daß es mit einem mit der Hohlwelle 3 5 bei 57 fest verkeilten Stirnzahnrad 56 kämmen muß. Soll die Konstruktion nur für einen Antrieb mittels einer Gas-, Dampfoder einer ähnlichen Maschine ausgeführt werden, so kann das für Motorantrieb in Frage kommende Zahnrad durch ein Distanzstück ersetzt werden, welches an Stelle des Zahnrades 56 auf die Welle 35 fest aufgekeilt wird. Das für den Drehtischantrieb in Frage kommende Kettenrad 9 ist auf der Differentialwelle 30 mit einem Rollenlager 58" montiert. Eine auf der Welle 30 längs eines Keiles 59 verschiebbare Klauenkupplung 58 ermöglicht die Kupplung des Kettenrades 9 mit der Differentialwelle 30.

Eine Klauenkupplung 60 ist auf das entgegengesetzte Ende der Differentialwelle 30 verschiebbar aufgekeilt, wie bei 61 angedeutet, und läßt sich mit der mit dem Kettenrad 8 aus ' einem Stück geschaffenen Klauenkupplung 62 in Eingriff bringen, wenn der Differentialwelle 30 direkter Antrieb erteilt werden soll.

Als besonderes Beispiel für die Differentialwellenzusammenstellung seien die nachstehenden Zahnräderübersetzungen angegeben.

Zahnrad 41 ist ein 33zähniges Rad und Zahnrad 43 ein solches mit 45 Zähnen. Die Stufenzahnräder 44, 45 und 46 sind mit den Zahnkränzen 63 bzw. 64 versehen. Diese Zahnkränze kämmen mit den Zahnrädern 41 und 43. Zahnrad 63 weist 37 und Zahnrad 64 25 Zähne auf. Zahnrad 52, auf dem Wellenende des Armkreuzes 49 sitzend, hat 64 Zähne und kämmt mit einem auf die Kupplungsräderwelle 31 aufgekeilten 44zähnigen Rad 65.

Das für Motorenantrieb in Frage kommende Zahnrad 56 hat 68 und das mit ihm kämmende Zahnrad 55 16 Zähne. Kettenrad 8 ist I9zähnig, während Kettenrad 9 24 Zähne aufweist.

Die Kupplungsräderwelle 31 ist in den geteilten Lagerbüchsen 67 auf Rollenlagern 66 gelagert. Das dem Antrieb der Kupplungsräderwelle dienende Zahnrad 65 ist auf die Kupplungsräderwelle 31 bei 68 fest verkeilt.

Die Kupplungsräderwelle trägt vier Stirnzahnräder 69, 70, 71, 72. Zweckmäßig haben die Räder 69, 70, 71 und 72 je 21, 25, 28 oder 31 Zähne. Die Räder 69, 70, ■ 71- sind mit Bronzebuchsen 73 auf der Welle 31 gelagert. Das Schnellauf ende Rad 72 jedoch ruht mittels Rollenlager 74 auf Welle 31.

Auf die Kupplungsräderwelle 31 sind zwei doppelseitige Klauenkupplungen 75 und 76 mittels der Keile 77 und 78 axial verschiebbar aufgekeilt. Die doppelseitige Klauenkupplung 7 S ist auf der Welle 31 zwischen den für den kleinen Gang und den zweiten Gang in Frage kommenden Zahnrädern 69, 70 gelagert, während die doppelseitige Klauenkupplung 7 6 auf der Welle 31 zwischen dem Zahnrad 71 für den dritten Gang und dem Zahnrad 7 2 für den großen Gang montiert ist.

Klauenkupplung 75 zeigt die Kupplungsflächen 79 und 80, die mit den Kupplungsflächen 81 und 82 der für den kleinen Gang und den zweiten Gang in Frage kommenden Zahnräder 69 und 70 in Eingriff gebracht werden können. Die Kupplungsflächen 83 und 84 der Klauenkupplung 76 können mit den Kupplungsflächen 85 und 86 der für den dritten Gang und für den großen Gang in Betracht kommenden Zahnräder 71, 72 in Eingriff gebracht werden. Die Kupplungen 75, 76 können in eine Mittelstellung gebracht werden, so daß sie mit keinem der Zahnräder ^9) 70, 71, 72 in Eingriff zu stehen kommen.

Die Wirkungsweise der Regulier- oder Steuervorrichtung 6 ist folgende:

Die Hohlwelle 3 5 wird entweder vom Kettenrad 8 aus oder von der Reduktionswelle 33 aus betrieben. Das Gewicht des Bohrgestänges 24 hält das Armkreuz 49 in Stellung oder zieht es vielleicht ein wenig zurück. Durch dieses Halten des Armkreuzes 49 wird Triebrad 43 gezwungen, die Stufenräder 44 zu drehen, und diese wiederum müssen das Zahnrad 41 drehen, welches, da es mit der Differentialwelle 30 verkeilt ist, die Welle 30 in derselben Richtung wie die Hohlwelle drehen muß. Bei dem angegebenen Übersetzungsverhältnis beträgt die Geschwindigkeit der Welle 30 das Zweifache der Hohlwelle 35. Ist die Kupplung 5 8 eingerückt, also das für den Drehtischantrieb in Frage kommende Kettenrad 9 eingekuppelt, so muß sich dieses entsprechend mitdrehen. Das Kettenrad 9 muß den Drehtisch, da es durch die Kette 10, durch das Zwischenräderpaar 11 und durch die Kette 13 mit dem zum Drehtisch gehörigen Kettenrad 14 verbunden ist, in drehende Bewegung und somit auch das Bohrgestänge 24 und den Bohrkopf 25 in Drehung versetzen. Wenn der Bohrkopf 25 auf einen Widerstand trifft, der größer ist als der für die betreffende Drehgeschwindigkeit des Bohrgestänges 24 zulässige, wird sein Gang verzögert, während die Geschwindigkeit der Hohlwelle 35 jedoch

konstant bleibt. Der so zustande gekommene Geschwindigkeitsunterschied bewirkt, daß das Armkreuz 49 sich vorwärts dreht, was eine Drehung des Zahnrades 65 sowie der KupplungsräderweLJe 31 zur Folge hat. Die Rupplungsräderwelle 31 muß, da sie mit der Welle 32 durch irgendeine der Zahnradübersetzungen gekuppelt ist, das für den Antrieb der Winde in Frage kommende Kettenrad in Drehung setzen und somit die Windentrommel 22 durch irgendeine mit der mit den Kettenrädern 19,20 oder 21 (sitzend auf der Windentriebswelle 12) möglichen Übersetzungen drehen. Durch diesen Vorgang ergibt sich ein Aufholen des Bohrkopfes 25 und somit eine Entlastung, die dem Drehtisch 3 die Möglichkeit gibt, seine volle Geschwindigkeit wieder aufzunehmen und den Bohrkopf weiter nach unten arbeiten zu lassen. Der Erfolg ist, daß zwischen den die Drehung des Bohrgestänges 24 bewirkenden Kräften und der mittels des Differentials sitzend auf der Differentialwelle 30 das Aufholen des Bohrgestänges 24 bewirkenden Kraft ein Gleichgewichtszustand erhalten wird, derart, daß das mit dem Bohrgestänge 24 auf dem Bohrkopf 25 lastende Gewicht gerade genügt, um das durch den Drehtisch auf' das Bohrgestänge 24 ausgeübte Drehmoment im Gleichgewicht zu erhalten. Da im Bohrgestänge 24 ein beträchtlicher Zug herrscht, wird das Kabel 23 immer unter einer Spannung gehalten, die bestrebt ist, das Bohrgestänge 24 aufzuholen. Diese Kraft wird jedoch den Bohrkopf 25 erst dann aufholen, wenn der ganze Zug des Bohrgestänges 24 aufgenommen worden ist. Das Aufnehmen des Zuges des Bohrgestänges 24 ergibt eine Entlastung des sich drehenden Bohrkopfes 25 von dem daraufliegenden Druck, und auf diese Weise wird im praktischen Betriebe bei Anwendung der Regulier- oder Steuervorrichtung gemäß der Erfindung ein bestimmtes. Verhältnis zwischen Aufzug und Drehmoment hergestellt.

Sollte es vorkommen, daß der Bohrkopf 25 auf einen seine Drehung unmöglich machenden Widerstand trifft, so wird sich das Armkreuz 49 in derselben Richtung wie die Hohlwelle 35, jedoch mit der doppelten Geschwindigkeit der Hohlwelle 35, drehen und demzufolge den Bohrkopf 25 im Bohrloch gegenüber dem einen außergewöhnlichen Widerstand ergebenden Hindernis schnell aufholen, um, wenn sich der Bohrkopf im Bohrloch festfrißt, jede Möglichkeit eines Abdrehens oder Verwürgens. des Bohrgestänges auszuschließen.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Bohrwinden- und Drehtischantrieb für Tiefbohrungen,. bestehend aus einem zwischen Antriebsmaschine und Bohrwinde angeordneten, völlig gekapselten mehrgängigen Getriebe mit eingebautem Differential, Antrieb des Drehtisches von der Differentialräderwelle aus und Antrieb der Bohrwinde vermittels einer besonderen Kupplungsräderwelle, dadurch gekennzeichnet, daß als Differential zwischen einer den Antrieb aufnehmenden Welle (35) und einer den Antrieb weitergebenden Welle (30) ein Stirnräderdifferential vorgesehen, teils auf der einen und teils auf der anderen Welle drehbar gelagert ist und einerseits mit einem zentral sitzenden, auf der einen Welle (35) befestigten Stirnzahnrad (43) sowie anderseits mit einem ebenfalls zentral sitzenden, auf der getriebenen WeBe (30) befestigten Stimzahnrad (41) kämmt, während am Differential ein Stirnzahnrad (52) zur Übertragung des Antriebes auf die Kupplungsräderwelle (31} fest angebracht ist. -^:
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differential aus einem Armkreuz besteht (49), das aus zwei miteinander verbolzten Hälftengebildet wird und an dessen Armenden je ein Stufenzahnrad drehbar gelagert ist, dessen kleinerer Zahnkranz mit. einem Triebrad (43) auf der Hohlwelle (35) und dessen größerer Zahnkranz mit einem Triebrad (41) auf der Differentialwelle (30) kämmt.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen