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Unterwasserbohrgerät Die Erfindung betrifft ein Unterwasserbohrgerät
zum automatischen Niederbringen von Bohrungen in den Meeresboden für geologische
Untersuchungen, Probenahme usw.
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Bei der Prospektion und Exploration von Bodenschätzen unter den Meeresgrund
bendtigt man in der Regel als Ergänzung zu den seismischen, gravimetrischen und
megnetischen Untersuchungen Bodenproben und Bohrlochsessungen. Sie erst geben endgültigen
Aufshcluß über die Schichtung, den Aufbau und die Zusammensetzung des Meeresboden
und damit über die Höffigkeit des untersuchten Gebietes.
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Im Stadium der frospektion genügen weistens vereinzelte weit auseinander
liegende Bohrungen, während bei der qualitativen und quantitativen Exploration ein
dichtes Netz von Bohrungen niedergebracht werden muß. Das ist zurzeit - zumindest
in Wassertiefen> 200 m - lit großen, zeitlichem und technische Aufwand (Einsatz
von Bohrungen und Bohrschiffen) verbunden und dadurch mehr teuer.
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Es sind bereits Bohrgeräte zur Durchführung derartiger Untersuchungen
bekannt. Beispielsweise ist ein derartiges Bohrgerät bekannt, bei den auf einen
Rahmen nit drei verstellbaren FUBen ein Bohrmast mit einem Vorschubzylinder sowie
Bohrgestängemagazin angeordnet sind Der Vorschubzylinder ist mit eine. Motor zum
Antrieb des Bohrgestänges ausgerüstet. Ferner ist ii Rahmen des Bohrgerätes eine
Abfangvorrichtung für das Bohrgestänge vorgesehen0
Die Energieversorgung
und Steuerung dieses Bohrgerätes erfolgt von einer schwimmenden Basis aus, die außer
mit den erforderlichen Kabeln auch dauernd mit einem Führungsseil iit den Bohrgerät
verbunden ist.
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Die Einsatztiefen dieser Geräte sind jedoch auf Wassertiefen beschränkt,
die geringer als 200 m sind. Die Bohrtiefen der Geräte sind auf höchstens 100 i
begrenzt. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Geräte besteht weiterhin darin
daß sie während der gesaiten Einsatzdauer auf eine oder mehrere Kabelverbindungen
mit der über den Bohrort stehenden Basis angewiesen sind, die die benötigte Energie,
die S-teuerkommandos usw liefert. Dadurch entfällt die Möglichkeit, Bohrungen an
verschiedenen Stellen des Meeresboden schnell nacheinander durchzuführen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den technischen und
zeitlichen Auf wand, insbesondere für Bohrungsserien, mit Hilfe eines automatisierten
Unterwasserbohrgerätes m verringern und das gesamte Untersuchungsverfahren dadurch
zu rationalisieren, daß ein Schiff mehrere dieser Geräte mitführt und relativ schnell
zu dem gewünschten Stellen aussetzen kann.
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Diese Aufgabe is erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bohrgerät
mit einer Energiequelle und einem vollautomatischen Kommandogerät ausgestattet und
mit Schwimmkörper versehen ist.
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Eo ist zweckmäßig, das Unterwasserbohrgerät mit einen lösbaren Boh@@@bkopf
zu versehen, der gegebebnenfalls mit einem automatischen Signalgeber ausgerüstet
ist. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Bohrgestängemagazin
als konischer Korb ausgebildet} der den Bobriast konzentrisch umgibt und mit einem
Schrittmotor gekuppelt ist.
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Das Unten wasserbohrgerät nach der Erfindungs hat den Vorteil, daß
es nach dem Posotionieren und Absenken auf dem Meeresboden von @e Heltkabel getrennt
werden kann, das es mit dem aussetzenden
Schiff verbindet, und ron
diesen Zeitpunkt an alle weiteren Funktionen mit Hilfe einer Programmsteuerung über
das Kommandogerät selbsttätig ausführt.
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Nach Beendigung des Bohrvorgangs erfolgt entweder selbsttätig oder
aufgrund eines vom Schiff ausgesandten Signals das Abtrennen des Bohrlochkopfes
und gegebenenfalls zusätzlicher Ballastgewichte und ein selbsttätiges Auf treiben
zur Meeresoberfläche, wo das Unterwasserbohrgerät wieder an Bord genom men werden
kann. Die für das Auftreiben erforderlichen Schwixakörper können während des Bohrvorgangs
geflutet sein* wenn das Unterwasserbohrgerät mit an sich bekanten Vorrichtungen
zum Lenzen der Schwimmkörper versehen ist. Das hat den Vorteilt daß auf zusätzliche
Ballastgewichte verzichtet werden kann.
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Der vom Unterwasserbohrgerät trennbare Bohrlochkopf verbleibt als
Bohrlochmarkierung am Meeresgrund. Eine Ausrüstung des Bohrlochkopfes mit eine Signalgebererleichtert
das spätere Wiederauffinden des Bohrloches.
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In den beigefügten Zeichnungen ist schematisch ein Unterwasserbohrgerät
nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 eine Ansicht des Unterwasserbohrgeräts,
Fig. 2 einen Schnitt durch das Bohrgestängemagazin und Fig. 3 eine Draufsicht auf
das Bohrgeständemagazin.
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Das Unterwasserbohrgerät 1 weist einen auf einer Plattform 2 angeordneten
Rahmen aus drei rohrförnigen Ständern 3 auf, die an ihren oberen Ende durch Querträger
4 miteinander verbunden sind.
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In den Ständern 3 sind höhenverstellbare Beine 5 gelagert, die an
ihrem unteren Ende in sphärischen lagern drehbare Füße 6 aufweisen. Auf der Plattform
2 ist ein Gestängemagazin 7, das als konischer Korb ausgebildet ist* um eine vertikale
Achse drehbar gelagert und über ein Zahnradgetriebe 8 mit einem Schrittmotor 9 gekuppelt.
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An einer im Rahmen befestigten Führungsstange 10 ist der Bohrantrieb
11 axial verschiebbar und schwenkbar gelagert. Unterhalb der Plattform 2 ist der
Bohrlochkopf 12 lösbar befestigt, der als konischer Trichter ausgebildet ist und
an seinem unteren Ende eine Auffangvorrichtung 13 besitzt.
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Am oberen Teil des Rahmens sind Schwimmkörper 14 angeordnet.
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Ferner ist der Rahmen mit einer Haltering 15 versehen. Auf der Plattform
2 sind eine Energiequelle 16 sowie das Kommandgerät 17 befestigt.
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In der Fig. 2 ist ein Schnitt durch das Gestängemagazin 7 dargestellt.
Das Gestängemagazin 7 ist auf Wälziagern 7a9 7b um seine Achse drehbar gelagert
und über das Zahnradgetriebe 8 mit des Schrittmotor 9 gekuppelt. Innerhalb des Gestängemagazin
7 ist die Führungsstange 10 für den Bohrantrieb 11 angeordnet, der an der Führungsstange
10 axial verschiebbar und schwenkbar befestigt ist. In den Gestängemagazin 7 sind
die Bohrgentingeteile 18 gelagerte die durch eine (nicht dargestellte) Klemmvorrichtung
gehalten werden können, die nach Durchführung einer Bohrung vor dem Auftreiben des
Unterwasserbohrgeräte einschaltbar ist. Vor und während einer Bohrung ruhen die
unteren Enden der Bohrgestängeteile 18 in einer im Bohrlochkopf 12 angeordneten
Führungsleiste 19, die auf ihre Umfang an einer vorgegebenen Stelle eine Unterbrechung
19a aufweist. Der Bohrantrieb 11 ist mit einem Aufnahmedorn 20 ausgerüstet. An seine
oberen Rand weist das Gestängemagazin 7 eine Halteleiste 21 auf, die an einer inbezug
auf die Führungsstange 10 symmetrisch zur Unterbrechung 19a liegenden Stelle einen
Ausbruch 21a besitzt.
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Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist folgendes Nach dem Absenken
des Unterwasserbohrgeräts 1 auf den Meeresbodem an der vorgegebenen Stelle, die
durch eine Bohrung näher untersucht werden soll, wird das Gerät durch Verstellung
der Beine 5 horizontal ausgerichtet und nach lösen des Ualtekabels
von
dem Haltering 15 der Steuerung durch das Kommandogerät 17 überlassen. Nach der Niederbringen
einer Bohrung bis auf eine Tiefe, die der Länge eines Bohrgestängeteils 18 entspricht,
wobei der Bohrantrieb 11 an der Führungsstange 10 abwärts geglitten istt wird der
Bohrantrieb 11 wieder in seine Ausgangsstellung A zurückgeführt. Durch die Drehung
des Bohrgestängemagazins 7 um einen Teilschritt gelangt ein Bohrgestängeteil 18
mit seinem unteren Ende an die Unterbrechung lÇa der FUhrungsleiste 19 ii Bohrlochkopf
12 und gleitet im Bohrlochkopf 12 nach unten in eine Stellung, die gestrichelt dargestellt
und mit 18a bezeichnet ist. Durch Schwenken des Bohrantriebs 11 um die Führungsstange
10 in die Stellung B gelangt der Bohrantrieb 11 mit seinem Aufnehmerdorn 20 über
das obere Ende des in der Stellung 18a befindlichen Bohrgestängeteils. Diese Stellung
B des Bohrantriebs 11 ist in der Fig. 2 gestrichelt dargestellt.
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Durch Absenken des Bohrantriebs 11 greift der Aufnehmerdorn 20 mit
seinem konischen Ende in die obere Öffnung des Bohrgestängeteils 18 hinein. Durch
Zurückschwenken des Bohrantriebs 11 in seine Ausgangsstellung A entsprechend den
Pfeilen in Fig. 3 wird das Bohrgestängeteil aufgerichtet und kann in dieser Stellung
mit der bereits im B-ohrloch befindlichen Bohrgestängeteil verriegelt werden. Danach
wird der Bohrvorgang unter gleichzeitigem Absenken des Bohrantriebs 11 an der Führungsstange
10 fortgesetzttbis das Nachsetzen eines weiteren Bohrgestängeteils erforderlich
wird.
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Beim Aufholen des Bohrgestänges nach Beendigung der Probebohrung wird
das Rohrgestänge jeweils um die Länge eines Bohrgestängeteils 18 durch eine Aufwärtsbewegung
des Bohrantriebs 11 an der Führungsstange 10 bis in die in Fig. 2 gezeigte Stellung
A angehoben. Nach Einschalten der Auffangvorrichtung 13 wird jeweils das oberste
Bohrgestängeteil von den noch im Bohrloch befindlichen Gestänge entriegelt und durch
eine weitere Aufwärtsbewegung des Bohrantriebs 11 angehoben. Durch eine Schwenkung
der
Bohnantriebs 11 um die Führungsstange 10 in die Stellung C tErd
sodann das Bohrgestängeteil 18 mit seinem oberen Ende an den Ausbruch 21a der Halteleiste
21 geführt, wobei es mit seines unteren Ende an der Führung 22 entlanggleitet, bis
es in die Führungsleiste 19 gelangt und nunmehr abgesetzt werden kann. Nach Rückführung
des Bohrantriebs 11 in die Ausgangsstellung A wird dieser an der Führungsstange
10 abgesenkt und mit dem obersten noch im Bohrloch befindlichen Gestängeteil verriegelt,
worauf sich der vorstehend geschilderte Vorgang wiederholt.
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Nach dem Absetzen sämtlicher Bohrgestängeteile 18 im Bohrgestängemagazin
7 werden alle Bohrgestängeteile verriegelt und anschließend der Bohrlochkopf 12
vom Unterwasserbohrgerät 1 getrennt. Die Verriegelung der Bohrgestängeteile 18 verhindort
beim Auftreiben des Unterwasserbohrgeräts 1 den Verlust des Bohrgestänges. Es ist
aber auch möglich, die Führungsleiste 19 nicht im Behrloochkopf 12, sondern am Unterwasserbohrgerät
1 selbst anzuordnen. Dadurch erübrigt sich eine Verriegelung der Bohrgestängeteile
18 vor den Trennen des Bohrlochkopfes 12 vom Unterwasserbohrgerät 1.
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Die Untersuchung von Bohrproben durch das (nicht dargestellte) Auswertegerät
an Ort und Stelle kann in an sich bekannter Weiso erfolgen. Das gleiche gilt für
die vorgesehene Datenübertragung der Untersuchungsergebnisse.
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Nach dem Abtrennen des Bohrlochkopfes 12 vom Unterwaserbohrgerät 1
kann entweder automatisch, gesteuert vom Kommandogerät, oder durch Signalgebung
das Lanzen der Schwimmkörper 14 erfolgen, wodurch ein Auftreiben des Unterwasserbohrgerät
an die Wasseroberfläche zur Aufnahme durch ein Schiff erfolgt.
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Ein besonderer Vorteil dieses automatischen Unterwasserbohrgeräts
ist darin zu sehen, daß das Schiffs das das Unterwasserbohrgerät auf seine Position
gebracht hat, während des eigentlichen Bohrvorgangs unabhängig manövrieren kann,
beispielsweise weitere Unterwasserbohrgeräte aussetzen kann. die Wartung und Neuausrüstug
und insbesondere die Versorgung mit neuer Energie erfolgt an Bord des Schiffes.