DE2845878C2

DE2845878C2 - Bohreinrichtung für Erdbohrungen

Info

Publication number: DE2845878C2
Application number: DE2845878A
Authority: DE
Inventors: Werner 3320 Salzgitter Mager
Original assignee: SALZGITTER MASCHINEN und ANLAGEN AG 3320 SALZGITTER DE
Current assignee: SALZGITTER MASCHINEN und ANLAGEN AG 3320 SALZGITTER DE
Priority date: 1978-10-21
Filing date: 1978-10-21
Publication date: 1983-01-20
Also published as: PL123409B1; BR7905603A; PL217727A1; FR2439289A1; IT1119367B; GB2032494B; JPS5559293A; GB2032494A; FR2439289B1; DE2845878A1; IT7968954A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohreinrichtung w für Erdbohrungen, mit einer Vorrichtung fur den Vorschub von das Bohrgestänge bildenden teleskopierbaren Mitnehmerstangen, bei de* die innerste Mitnehmerstange an ihrem unteren Ende einen mit dieser in das Bohrloch einfahrenden Dr· Vantrieb für das J5 Bohrwerkzeug tragt.

Es ist eine derartige Bohreinrichtung bekannt (US-PS 18 55 999). die ausschließlich für das Trockendrehbohren bestimmt und geeignet ist. In der Praxis der Erdbohrungen hat es sich nun gezeigt, daß es in vielen Fällen notwendig ist, je nach der Erdbeschaffenheit vom Trockendrehbohren auf das Spülbohren überzugehen und umgekehrt. Bei den bekannten Bohreinrichtungen und insbesondere der vorstehend angegebenen Bohreinrichtung ist es zur Einführung des Spülbohrens, also des Saug- oder Lufthebebohrens, erforderlich, diese bekannten Bohreinrichtungen vollständig umzurüsten. Dies bringt einen großen Aufwand während des Bohrbetriebs mit sich, da insbesondere der Drehantrieb vom Betrieb mit der Mitnehmerstange auf den Spülkopf umgerüstet werden muß. Mit den bekannten Bohreinrichtungen war es t>ei den Bohrvorgängen also nur möglich, grundsätzlich zwischen dem Trockendrehbohren und dem Spülbohren zu entscheiden, eine schnelle und einfache Anpassung der Bohreinrichtung an wechselnde Bohrverfahren ist mit den bekannten Bohreinrichtungen nicht möglich.

Es ist ferner eine Bohreinrichtung anderer Art bekannt (FR PS 15 89 717). die ausschließlich für das Spülbohren geeignet und bestimmt ist. Diese bekannte &<> Böhreinriehtung ist eine am Seil ins Bohrloch einfahrbare Bohreinrichtung mit einer Momentenstütze an der Bohrlochwand. Dabei ist das Bohrwerkzeug an den Drehantrieb angeschlossen, und es sind diesem Drehantrieb die Einrichtungen für den Spülstrom nach Art eines Spülkopfs vorgeschaltet. Es wird also der Spülstrom über einen Spülkopf durch den Drehantrieb hindurch dem Bohrwerkzeug zugeführt bzw. in umgekehrter Folge rückgeführt. Diese Vorschaltung bringt es mit sich, daß der Drehantrieb in sehr aufwendiger Weise die Einrichtungen und Anordnungen zum Hindurchführen des Spülstroms aufweisen muß. Ein Umrüsten auf das Trockendrehbohren entfällt bei dieser BohreinrichtuRgganz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohreinrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich is·, dem Bohrwerkzeug, z. B. den Kernschappen und den Rollenmeißeln, einen Spülstrom zuzuführen, ohne die sonst erforderliche, sehr aufwendige Umrüstung durchzuführen, also die Arbeiten in der Bohrlochsohle zu definieren und in möglichst einfacher Weise vom Trockendrehbohren auf das Spülbohren und umgekehrt übergehen zu können. Dies wird nach der Erfindung vor allem dadurch erreicht, daß zwischen dem Drehantrieb und dem Bohrwerkzeug ein Spülkopf eingeschaltet ist, dessen nichtdrehender. einen Zuführungsschlauch für das Spülmittel oder das Antriebsmedium für den Spülmittelumlauf tragender Teil mit dem nichtdrehenden Teil des Drehantriebs lösbar verbunden ist und über dessen drehenden Teil dem Bohrwerkzeug das Spülmittel bzw. dem Spülmittelfördersystem das Antriebsmedium zuführbar ist. Mit dieser Bohreinrichtung ist es möglich, einen Spülstrom ins Bohrloch zu bringen, ohne die gesamte Bohreicrichtung umzurüsten. Es kann mit geringstmöglichem Zeitaufwand vom Trockendrehbohren auf das Spülbohren auf einfache Weise übergegangen werden, wodurch eine wesentliche Zeitersparnis gegenüber den vollständigen Umrüstvorgängen an den bekannten Bohreinrichtungen erzielt wird. Das vorhandene Bohr- oder Mitnehmergestänge kann weiterhin benutzt werden. Die Anordnung des Spülkopfs zwischen Drehantrieb und Bohrwerkzeug ermöglicht dabei eine besonders einfache und betriebssichere Unterbringung der Mittel für das Spülbohren, da der Drehantrieb von der Führung des Spülstroms in keiner Weise betroffen wird und daher ausschließlich für seine Antriebsaufgaben gestaltet und entsprechend einfach ausgelegt werden kann.

Es ist an sich bereits eine Bohrmaschine bekannt (DE-AS 21 62 314). die ausschließlich fur das Spulbohrverfahren geeignet und bestimmt ist. mehrere Fräsköpfe aufweist und ohne Momentenstütze nach über Tage arbeitet. Sowohl die der Zufuhr des Antriebsmediums, hier der Luft, als auch die der Spülmittelabfuhr dienenden Teilt- der vorgesehenen Spüleinrichtung sind nichtdrehend und t/agen den Drehantrieb bzw. die Drehantriebe für die Bohrwerkzeuge. Die bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Spülkopf zwangsläufig vorgesehene Teilung in nichtdrehenden und drehenden Teil fehlt ganz, infolgedessen fehlt auch jede eindeutige Zuordnung zum Drehantrieb einerseits und zum Bohrwerkzeug andererseits. Die bekannte Bohreinrichtung kann in keiner Weise zur Lösung der gestellten Aufgabe beitragen. Entsprechendes gilt auch für eine Bohreinrichtung nach der DE-OS 21 57 282. beider zwei verschiedene Funktionen ausgeübt werden, nämlich das Lufthebebohrverfahren mit Luftzufuhr und Abförderrohr und andererseits eine Bohrgutaufwirbelung über eine gesonderte Spülmittelzufuhr. Sämtliche Zuführungen und Abführungen sind nichtdrehend. Auch diese Bohreinrichtung kann daher in keiner Weise zur Lösung des gestellten Problems beitragen.

Eine besonders zweckmäßige Gestaltung des den Drehantrieb, den Spülkopf und das Bohrwerkzeug umfassenden Teils der Bohreinrichtung wird in weiterer

Ausführung der Erfindung dadurch erreicht, daß der drehende Teil des Spülkopfes einerseits mit dem Bohrwerkzeug fest verbunden und andererseits über eine lösbare Anschlußkupplung mit dem drehenden Teil des Drehantriebs verbunden ist. Hierdurch wird eine Baueinheit aus Spülkopf und Bohrwerkzeug geschaffen, die über die Anschlußkupplung schnell und einfach mit dem drehenden Teil des Drehantriebs verbunden werden kann, so daß ein schneller Wechsel der Bohrsysteme einschließlich des Spülkopfes ermöglicht to wird. Als Anschlußkupplung kann das übliche, bei Bohrgestängen mit Hilfe eines Bolzens befestigte Anschlußstück verwendet werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen; in der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele ist die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. I eine schematische und in den Abmessungen des Mitnehmergestäntres und des Bohrlochs übertrieben dargestellte Ansicht der gesamten Bohreinrichtung -° ohne Spülkopf.

Fig. 2 eine schei'iatische teilweise geschnittene Ansicht des Bohrgestänges aus den Mitnehmei stangen mit Drehantrieb und E^l<>hrwerkzeug.

F i g. 3 eine teilwei"*: geschnittene Seitenansicht des -⁵ aus Drehantrieb. Sp'Mkopf und Doppelkernrohr als Bohrwerkzeug bestehenden Teils der Bohreinrichtung. F i g. 4 eine teilwei»¹: geschnittene Seitenansicht des aus Drehantrieb, Spülk*>pf und Einfachkernrohr bestehenden Teils der Bohp-'iirichtung,

F i g. 5 und 5a eine teilweise geschnittene Seitenansicht sowie eine Schnittansicht entlang der Linie A-B des den Spülkopf und einen Rollenmeißel als Bohrwerkzeug mit teilbarem Sedimentrohr bestehenden Teils der Bohreinrichtung. >''

F i g. 1 zeigt zunächst zur Erläuterung des Gesamtaufbau«, schematisch die gesamte Bohreinrichtiing. An einem Fahrzeug 1 ist in der üblichen Weise in Gestalt eines mastartigen Gerüstes die Führung 2 für die Bohreinrichtung angeordnet, an der die weiteren ⁴⁽> Bauteile der bohreinrichtung gehalten und geführt sind. Die Führung 2 trägt einen Vorschubantrieb 3 fur das Bohrgestänge und den Drehantrieb mit dem Bohrwerkzeug, wie im folgenden noch im einzelnen erläutert wird. Mit dem Vorschubantrieb 3 verbunden und mit ihm ein· ⁴> und ausfahrbar ist das Bohrgestänge, das. wie in Fig. 1 rein schematisch dargestellt ist. aus drei teleskopierbarcn Mitnehmer oder Kellystangen 4, 5, 6 besteht. Der Vorschubantrieb 3 greift an der äußersten Mitnehinerstange 4 an. Die innerste Mitnehmerstange 6 trägt an >° ihrem unteren F.nde den Drehantrieb 7 und an diesem das Bohrwerkzeug 8 F ι g I zeigt die Bohreinrichtung mit vollständig in das Bohrloch 9 eingefahrenem Bohrgestänge. Drehantrieb und Bohrwerkzeug.

In F i g. 2 sind schematisch die Ausbildung und ⁵> Anordnung des Bohrgestänges, seiner Vorschubmittel sowie der Anordnung des Drehantriebs mit dem Bohrwerkzeug, jedi >ch ohne den im folgenden noch behandelten Spülkopf dargestellt.

Die Führung 2 ist als ortsfester Bauteil schematisch ^¹ dargestellt, ebenso der an ihr befestigte Vorschubantrieb 3. Gemäß F i g. 2 trägt nun die äußere Mitnehmerstangc 4 in der Zeichnung linksseitig ein sich über ihre gesamte Länge erstreckendes Vorschubglied 10 in Gestalt einer Vorschubkctlc. die in der schcmatisch ^h> angegebenen Weise i'bcr den Vorschubantrieb 3 läuft und von diesem angetrieben wird, um clic äußere Mitnehmerstange -4 sen«recht /u verfahren. Ferner trägt die äußere Mitnehmerstange 4 auf ihrer in der Zeichnung rechts liegenden Seite ein endloses flexibles Vorschubglied 11, zweckmäßig ebenfalls a!s Vorschubkette ausgebildet. Diese Vorschubkette 11 ist einerseits an die Führung 2 und andererseits an die nachfolgende Mitnehmerstange 5 derart angeschlossen, daß eine Vorschubbewegung der äußeren Mitnehmerstange 4 mit Hilfe des Vorschubglieds 10 zu einer entsprechenden Verfahrbewegung der nachfolgenden Mitnehmerstange 5 führt.

Die Mitnehmerstange 5 trägt auf ihrer in der Zeichnung links liegenden Seite ebenfalls ein endloses flexibles Vorschubglied 12, zweckmäßig ebenfalls in Gestalt einer Vorschubkette, die einerseits am unteren Ende der vorhergehenden, also der äußeren Mitnehmerstange 4 und andererseits am oberen Ende der nachfolgenden, nämlich der innersten Mitnehmerstange 6 angeschlossen ist. Die jeweiligen Anschlüsse der flexiblen Vorschubglieder 11 und 12 erfolgen gemäß der Verfahrbewegung der Mitnehmerstangen auf jeweils gegenüberliegenden Seiten, also jewr ■> einmal außen und einmai innen an der Führung 2, der Mi'nchmcrstange 4 bzw. der Mitnehmerstange 5. Der Anschluß des flexiblen Vorschubgliedes 12 der mittleren Mitnehmerstange 5 führt dazu, daß bei der vorstehend geschilderten Verfrhrbewegung der Mitnehmerstange 5 infolge ihrer Mitnahme durch die Verfahrbewegung der Mitnehmerstange 4 auch die innerste Mitnehmerstange 6 in vertikaler Richtung verfahren wird. Zugleich erzeugt der Vorschubantrieb 3 über die geschilderten Vorschubverbindungen der Mitnehmerstangen 4, 5 und 6 den erforderlichen Vorschub und Andruck auf das Bohrwerkzeug 8 über den Drehantrieb 7. der mit in das Bohrloch einfährt. Zum Ausfahren des Bohrgestanges aus den MitnchmersJangen 4, 5 und 6 ist lediglich die Umkehr der Vorschubrichtung erforderlich, wonach die Mitnehmerstangen selbsttätig nach oben in F i g. 2 verfahren werden.

Das Vorschubglied 10 ist bei 13 oben und b:i 14 ·. nten an der Mitnehmerstange 4 befestigt. Das flexible Vorschubglied 11 ist über geeignete Umlenkscheibcn 15 oben und unten an der Mitnehmerstange 4 geführt, ebenso über Umlcnkscheiben lh das Vorschubulicd 12 der Mitnehmerstange 5. Der Anschluß /wischen Vorschubglied 11 und Fuhrung 2 ist mit 17 bezeichnet, der Anschluß zwischen Vorschubglied 11 und Mitnehmerstange 5 mit 18. der Anschluß /wischen Mitnehmerstange 4 und Vorschubglied 12 mit 19 und der Anschluß zwischen der Mitnehmerslange 6 und dem Vorschub glied 12 mit 20 Das aus den Mitnehmerstangen 4. 5 und 6 bestehende Bohrgestänge ist nichtdrchend. der Drehantrieb 7 treibt das Bohrwerkzeug 8 im Bohrloch an.

In F · g. 3 bis 5 sind verschiedene Ausführungsbeispie-Ie einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Bei diesen Aui icsialiungcn der Erfindung geht es darum, unter Ausnutzung des vorstehend beschriebenen Vorschubs für das Bohr- oder Mitnehmergestänge /u erreichen, daß auf einfache Weise ein Spülstrom auf die Bohrlochsohle geb.acht werden kann, um definierte Arbeiten im Dohrlogh /u ermöglichen.

Das Prinzip der Erfindung soll anhand ^p i g. 3 beschrieben werden: Zwischen dem an d-jr innersten Mitnehmerstange 6 angeordneten Drehantrieb 7 und dem Bohrwerkzeug, das bei diesem Ausführungsbeispicl als DoppclKcrnrohr 21 ausgebildet ist, ist ein Spülkopl 22 eingeschaltet. Der nichtdrchendc Teil 22.7 des Spiilkopfes 22 ist lösbar mit einem geeigneten.

schematised dargestellten Vcrbindiingsgestänge 23 mit dem nichtdrehenden Teil des Drehantricbs 7 verbunden. Der am nichtdrehenden Teil 22a des Spülkopfes 22 angeschlossene Spülniiitelschlauch 24 nimmt daher an der Drehbewegung des Bohrwerkzeugs nicht teil, der Spülschlauch kann also ungehindert durch das Bohrloch geführt werden. Der drehende Teil 22b des Spülkopfes 22 dagegen ist an das Bohrwerkzeug 2) angeschlossen und führt dem Bohrwerkzeug 21 das Spülmittel zu. Der Spülmittelstrom ist durch die Pfeile 25 angedeutet. Das das Bohrwerkzeug darstellende Doppelkernrohr führt in der üblichen Weise den Spülmittelstrom für die Flüssigkeitsspülung.

Der drehende Teil 226 des Spülkopfes 22 ist einerseits mit dem Bohrwerkzeug 21 an dessen oberer Seite fest verbunden und andererseits über eine lösbare Anschlußkupplung 26 mit dem drehenden Teil des Drehantriebs 7 verbunden. Als Anschlußkupplung 26 kann ein üblicher Kupplungsteil "V¹ Rnl^pnvprriegelung verwendet werden, wie in F i g. 3 dargestellt ist.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, ist also aus dem Spülkopf 22 und dem Bohrwerkzeug 21 eine Baueinheit geschaffen, die auf einfache Weise mit dem Drehantrieb 7 gekuppelt und von ihm gelöst werden kann, so daß ein Umrüsten der Bohreinrichtungen vom Trockenbohren auf das Spülbohren durch einen einfachen Wechsel erfolgen kann wie bei einem üblichen Werkzeugwechsel, also in kürzestmöglicher Zeit. Es ist also ein schneller Wechsel der Bohrsysteme möglich.

F i g. 4 zeigt eine der F i g. 3 ähnliche Anordnung, bei der lediglich ein anderes Bohrwerkzeug Verwendung findet. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es ist das Bohrwerkzeug als Einfachkernrohr 27 ausgebildet, und es wird durch die Darstellung und aufgrund der vorsehenden Beschreibung deutlich, daß die erfindungsgemäße Anordnung für die unterschiedlichsten Arten des Spülmittelumlaufs im Bohrloch eingesetzt werden kann. Das Einfachkernrohr kann mit dem erfindungsgemäß eingeschalteten Spülkopf 22 für die reine Flüssigkeitsspülung wie auch für ein Pumpsystem mit Luft und Flüssigkeit eingesetzt werden. Im Fall des Pumpsystems führt der Schlauch 24 über den nichtdrehenden Teil 22a des Spülkopfes 22 die Antriebsluft zu. Steht im Bohrloch ca. 3 m Spülflüssigkeit, wird durch wechselweisen Anschluß des Schlauches 24 an einen Kompressor und an die Atmosphäre der Flüssigkeitsspülstrom, durch die Pfeile 28 angedeutet, die Stromrichtung ändern. Zweckmäßig kann das Einfachkcrnrohr auf seiner Oberseite mit einem aufgesetzten Sedimentrohr 29 versehen werden, um zugleich die sich aus dem Spülstrom ergebenden Sedimente mit clem Bohrwerkzeug ausfahren zu können. Der Schlauch 24 nimmt auch hier an der Drehbewegung des Bohrwerkzeugs vorteilhaft nicht teil.

F i g. 5 zeigt das gleiche Bau- und Anordnungsprinzip, wie es anhand F i g. 3 beschrieben ist. Gleiche Teile sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 findet als Bohrwerkzeug ein Rollenmeißel 30 mit angeschlossenem Sedimentrohr 31 Verwendung. Dieses Sedimentrohr 31 ist teil- und aufklappbar, wie durch die strichpunktierten Linien angedeutet ist. Zum Aufklappen bzw. Teilen des Sedimentrohrs 31 dient in an sich bekannter Weise ein am unteren Ende der Führung 2 (Fig. I) angeschlossener Drehteller 32. der das Öffnungsgestänge 33 des teilbaren Sedimentrohrs 31 in gezogener Stellung des Bohrwerkzeugs beaufschlagt. Der Schlauch 24 führt bei diesem Ausführungsbeispiel über den nichtdrehenden Teil 22.1 des Spülkopfes 22 und danach über den drehenden Teil 226des Spülkopfes 22 als Antriebsmedium für den Pumpbetrieb der Flüssigkeitsspülung Luft zu. die über die exzentrisch angeordnete Zuführungsleitung 34 dem Zentralrohr 35 des Sedimentrohrs 11 für den SpülmiteMantrieb zugeführt wird. Der Spülmittelstrom ist durch die Pfeile 36 angedeutet.

Vorliegend findet also ein Spülmittelumlauf im Bohrloch statt, wobei das Spülmittel oder Antriebsmedium für den Spülmiltelunilauf durch den feststehenden Schlauch 24 und den nichtdrehenden Teil des Spülkopfe!; und darauf durch den drehenden Teil des Spülkopfes dem Bohrwerkzeug in der jeweils gewünschten Weise zugeführt wird. Im Gegensatz zu den bekannten Bohreinrichtungen mit Teleskopmitnehmerstangen, bei denen es nur mit größtem Aufwand möglich ist. einen Spülstrom dem Bohrwerkzeug zuzuführen, wird durch die Erfindung eine genau definierte Abfuhr des Bohrguts mit Spülung erreicht, wobei die gesamte Bohreinrichtung und deren Umrüstvorgänge wesentlich vereinfacht sind. Es kann mit der erfindungsgemäßen Bohreinrichtung auf einfache Weise je nach der Beschaffenheit des Erdreichs von der sogenannten Trockendrehbohrmethode auf die Spülbohrmethode mit exakt definierter Arbeit im Bohrloch übergegangen werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bohreinrichiung für Erdbohrungen, mit einer Vorrichtung Tür den Vorschub von das Bohrgestänge bildenden teleskopierbaren Mitnehmerstangen, bei der die innerste Mitnehmerstange an ihrem unteren Ende einen mit dieser in das Bohrloch einfahrenden Drehantrieb für das Bohrwerkzeug trägt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischan dem Drehantrieb (7) und dem Bohrwerkzeug (21;27; 31) ein Spülkopf (22) eingeschaltet ist, dessen nichtdrehender, einen Zuführungsschlauch für das Spülmittel oder das Antriebsmedium für den Spülmittelumlauf tragender Teil (22a) mit dem nichtdrehenden Teil des Drehantriebs (7) lösbar verbunden ist und über dessen drehenden Teil {22b) dem Bohrwerkzeug das Spülmittel bzw. dem Spülmittelfördersystem das Antriebsmedium zuführbar ist.

2. Bohre'nrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der drehende Teil (22b) des Spülkopfs (22) einerseits mit dem Bohrwerkzeug (21; 27; 31) und andererseits über eine lösbare Anschlußkupplung (26) mit dem drehenden Teil des Drehantriebs(7) verbunden ist.