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Vorrichtung zur Entnahme von Kernen aus dem noch nicht verrohrten Bohrloch.
Es gibt Geräte, die die Entnahme von Kernen, d. h. Proben der von einem Bohrloch durchstossenen Schichten, nicht nur an der Sohle des Bohrloches, sondern auch aus der Seitenwandung eines bereits gebohrten Loches in beliebiger Tiefe und in einem beliebigen Augenblick vor dem Absenken der Verrohrung ermöglichen.
Der Vorgang der Kernentnahme weist drei Stufen auf, u. zw.
1. das Eindringen des Probeentnahmewerkzeuges in den Boden und die gleichzeitige Entnahme der Probe, 2. das Herausziehen des Probeentnahmewerkzeuges mit der Probe aus dem Erdboden, in den es eingedrungen war, und I 3. die Beförderung des Probeentnahmewerkzeuges zur Erdoberfläche ohne Verlust der Probe.
Bei den am häufigsten benutzten Drehbohrgeräten werden Kerne an der Sohle des Bohrloches mittels eines rohrförmigen Werkzeuges ausgeschnitten, das am Ende des Bohrgestänges befestigt ist.
Dieses Verfahren ist langwierig und kostspielig, da das Herausziehen des Kernes und seine Zutageförderung das Ausfahren und Absenken der ganzen Gestängesäule für jede entnommene Probe erfordern.
Das amerikanische Patent Nr. 1,955. 166 beschreibt ein Gerät, das die Entnahme von Kernen aus der noch nicht gebohrten Sohle des Bohrloches ermöglicht. Dieses zur Befestigung am Fusse des Bohrgestänges bestimmte Gerät enthält das eigentliche Bohrwerkzeug besonderer Ausbildung sowie eine unter Verwendung von Explosivstoffen arbeitende, Hohlgeschosse abschiessende Einrichtung, die während des Bohrvorganges Proben aus dem die Sohle des Bohrloches bildenden Boden entnehmen sollen. Die Geschosse werden durch den Bohrvorgang selbst aus dem Boden herausgezogen und sodann infolge ihrer Leichtigkeit durch den Umlauf der Dickspülung zur Oberfläche geführt.
Dieses Gerät besitzt jedoch den Nachteil, dass es ein Bohrwerkzeug erfordert, das den in der Praxis sich lange bewährten Typen nicht entspricht, damit es das Herausziehen des Probeentnahmegeschosses ohne dessen Beschädigung bewirken kann ; ferner enthalten die Probeentnahmegeschosse einen beträchtlichen schädlichen Raum, der zur Aufnahme eines Körpers geringer Dichte bestimmt ist, die diese Geschosse so leicht machen soll, dass ihr Herausziehen aus dem Boden und ihre Zutageförderung möglich ist.
Die französischen Patente Nr. 752 257 und Nr. 776 606 beschreiben Verfahren und Vorrichtungen zur Entnahme von seitlichen Kernen. Diese Geräte sind dadurch gekennzeichnet, dass das eigentliche Probeentnahmewerkzeug während aller drei oben angegebenen Stufen des Probeentnahmevorganges an einem Hebel befestigt bleibt, der selbst mit dem übrigen Teil des in das Bohrloch abgesenkten Gerätes fest verbunden ist. Dieser Hebel dient dazu, das Probeentnahmewerkzeug in die Seitenwandung des Bohrloches einzuschlagen und es aus dieser herauszuziehen.
Diese Einrichtung enthält notwendigerweise eine starre Verbindung des Probeentnahmewerkzeuges mit den übrigen Teilen des Gerätes und hat infolgedessen bestimmte Nachteile zur Folge, deren hauptsächlichste etwa folgende sind : das Gewicht und der Raumbedarf des Gerätes im Vergleich zu den Abmessungen des eigentlichen Probeentnahmewerkzeuges ; die Bewegung zahlreicher Teile zur Entnahme der Probe, wodurch die Betriebssicherheit vermindert wird und ein Überschuss an Kraft erforderlich ist ; die Gefahr des Festklemmens des Gerätes, wenn die Rüekbewegung des Hebels nicht erfolgt ; der nicht geradlinige Hub des Probeentnahmewerkzeuges, was zur Entnahme einer schlechten seitlichen Probe beitragen kann.
Die Erfindung betrifft eine auf die Höhe der zu untersuchenden Schichte absenkbare Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus der Seitenwandung eines Bohrloches,
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Bei dem in Fig. 6 veranschaulichten Gerät besteht die nachgiebige Verbindung zwischen dem
Geschütz und dem Geschoss aus zwei Metallseilen 24, die am Geschosse mittels Augen 25 und am Geräte durch Schrauben 26 befestigt sind. Das aus einem Locheisenrohr bestehende Geschoss ist an seinem hinteren Teil durch einen Boden 27 abgeschlossen, der mit einem mit Sehraubgewinde versehenen, durch einen metallischen Sehraubenstöpsel29 verschlossenen Loch 28 versehen ist. An seinem vorderen
Ende enthält das Geschoss eine Öffnung. 30, die enger ist als das Innere des Geschosses und ist durch eine auf die Schneide 32 des Loeheisenrohres aufgelötete Platte 31 verschlossen, so dass das Locheisen- rohr auf diese Weise abgedichtet ist.
Die Platte 31 wird durch den Aufprall des Geschosses auf den Boden abgeschnitten und legt sich in der in gestrichelten Linien dargestellten Lage. 31' an den Boden des Geschosses. Das Herausziehen und das Zutagefördern erfolgen in derselben Weise, wie es bei den bereits beschriebenen Geräten erläutert ist. Zum Entfernen des Kernes aus dem Geschoss ohne Zerstörung seiner Gestaltung braucht man nur den Stopfen 29 herauszuschrauben und in das Loch 28 eine mit Schraubengewinde versehene Stange einzuschrauben, welche durch Vorschieben der Platte T den Kern aus dem Geschosse herausdruckt.
Das Geschoss wird vorzugsweise vor dem Absenken in das Bohrloch luftleer gemacht, da andernfalls die am Boden des Geschosses eingeschlossene Luft sich während der Zutageförderung entspannen und den Kern heraustreiben würde.
Das in Fig. 7 veranschaulichte Geschoss besteht aus einem Locheisenrohr mit einem Boden 33, der mit einer mit einem Schraubengewinde versehenen Öffnung versehen ist, die zur Aufnahme eines
Schraubstöpsels 34 dient. Eine Wand 35 teilt das Geschoss in zwei Räume'36 und'37 und weist eine Öffnung 38 auf, die für gewöhnlich durch ein Ventil geschlossen ist. Das Ventil besteht aus einer Metall- kugel 39 und einer Feder 40, welche sieh gegen den Boden des Geschosses abstützt und die Kugel gegen die Öffnung 41 der Mittelwand drückt. Der vordere Teil des Geschosses enthält eine Öffnung 42, welche vor der Probeentnahme durch eine dünne aufgelötete Platte 4. 3 abgeschlossen ist. Die Wand. 35 hat nach vorn hin einen ebenen Umfangsteil 44, der einige Einschnitte 45 aufweist.
Das Geschoss ist vorn mit zwei Augen 46 zur Aufnahme der biegsamen Verbindungsseile 47 und hinten mit einer Kautschuk- dichtung 12 zur Erzielung der Dichtigkeit des Geschützes versehen.
Wenn das Geschoss vorher leer ist, so bewirkt der Aufprall auf den Boden das Eindrücken der
Platte 43, welche sich in der gestrichelt dargestellten Lage 4. 3' auf den Sitz 44 legt. Zur gleichen Zeit, wenn der Boden in das Geschoss eindringt, wird die Kugel 39 nach hinten gedrückt, u. zw. infolge des
Druckes des Strömungsmittels, welches, durch die Einschnitte 45 und die Öffnung. 38 hindurchgehen den hinteren Behälter 37 füllt.
Sobald die Drücke in den beiden Behältern. 36 und 37, nachdem der Behälter. 37 gefüllt ist, sich ausgeglichen haben, wird die Kugel. 39 durch die Feder 40 auf ihren Sitz gedrückt, und das im hinteren Behälter enthaltene Strömungsmittel wird unverändert zur Erdober- fläche gebracht, wo man es durch Herausschrauben des hinteren Stöpsels. 34 entnimmt.
Das in Fig. 8 veranschaulichte Geschoss besteht aus einem Locheisenrohr 49, dessen hintere, mit
Schraubengewinde versehene Öffnung durch einen metallischen Schraubstöpsel 50 verschlossen ist und dessen vordere Öffnung 51 durch eine dünne aufgelötete Platte 52 abgeschlossen ist. Eine mittlere, mit Öffnungen 54 versehene Wand 53 trennt das Geschoss in zwei Räume 55 und 56. Ein Ventil 57, dessen Schaft durch eine der Öffnungen 54 geht und welches mit einer Feder 58 versehen ist, schliesst für gewöhnlich die Öffnungen 54. Zwei Augen 59 an der Vorderseite des Geschosses dienen zur
Befestigung der nachgiebigen Verbindungsseile 60.
Der Aufprall des Geschosses auf den Boden zerschneidet die Platte 52. Der Boden und das
Strömungsmittel dringen in den Raum 55 ein und ihr Druck drückt auf das Ventil 57, welches die Öff- nungen 54 freigibt. Sobald die Strömungsmittel den hinteren Raum 56 angefüllt haben, verschliesst das Ventil die Öffnungen 54 unter Einwirkung der Rückstellfeder 68 von neuem. Das im Raum 56 eingeschlossene und unverändert zur Erdoberfläche gebrachte Strömungsmittel wird durch Heraus- schrauben des Stöpsels 50 entnommen.
Bei dem in Fig. 9 veranschaulichten Gerät besteht die nachgiebige Verbindung zwischen dem
Geschütz und dem Geschoss aus einem nachgiebigen Metallrohr 61, welches einerseits in die hintere Öffnung 28 des Geschosses 11 nach Fig. 6 und anderseits in einen in das Gehäuse 3 des Gerätes einge- schrauben Metallstöpsel 62 eingeschraubt ist. Dieser Stöpsel ist mit einer Öffnung 63 versehen, die die Verbindung herstellt mit einem Rohr 64, das einerseits an den Stöpsel 62 und anderseits an einen
Behälter 65 angeschweisst ist. Das Rohr 64 mündet in diesen Behälter mittels eines konischen Ventils, das einen Kegel 66 und eine Feder 67 aufweist, die den Kegel gewöhnlich an seinen Sitz anpresst.
Da das Geschoss und der Behälter anfänglich luftleer oder mit Luft gefüllt sind, bringt der Auf- prall des Geschosses 11 auf die Bohrlochwandung die anfänglich die vordere Öffnung des Geschosses verschliessende Platte in die Stellung 31'. Infolge ihres Druckes geht das Strömungsmittel durch das biegsame Rohr 61, die Öffnung 63 des Stöpsels 62 und das Rohr 64 hindureh und dringt unter Zurück- stossung des Kegels 66 in den Behälter 65 ein. Sobald dieser gefüllt ist, schliesst die Feder 67 den
Kegel 66 des Ventils, und das im Behälter enthaltene Strömungsmittel wird unverändert hoch- gebracht.
Das Herausziehen des Geschosses kann in gleicher Weise erfolgen wie bei den bereits beschriebenen Geräten.
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anzubringen, um eine bestimmte Zahl von Proben zu entnehmen. Um jedoch die Zahl der isolierten Leiter des Kabels nicht zu sehr zu erhöhen, ist es zweckmässig, wenn man einen einzigen Leiter zum Abfeuern mehrerer Geschütze verwenden kann.
Bei der in Fig. 10 dargestellten Anwendungsart der Geräte sind drei in (nicht dargestellten) Geschützten enthaltene Glühdrähte 4 einerseits an den isolierten Leiter 1 und anderseits mit ihren Enden 5 an die Masse 3 jedes Gerätes angeschlossen. Eine Stromquelle 68 mit regelbarer Stromstärke ist über
Tag unter Zwischenschaltung eines Unterbrechers 69 mit einem Pol mit dem Leiter 1 und mit ihrem andern Pol mit Erde verbunden.
Das Hindurchsenden eines Stromes durch den Stromkreis, der sich durch die Spülung des Bohrloches und die Erde schliesst, bewirkt durch Erhitzung der Glühdrähte die gleichzeitige Entnahme von Proben mittels der drei Geräte, wenn die Glühdrähte 4 identisch sind und gleiche Widerstände haben. Wenn die Glühdrähte voneinander verschieden sind oder verschiedene Widerstände haben, so kann man die gesonderte und aufeinanderfolgende Entnahme der Proben durch Steigerung des
Speisestromes bewirken, nachdem jedes der Geräte auf die gewünschte Tiefe gebracht ist.
Fig. 11 veranschaulicht die am Kabel 1 mit einem einzigen elektrischen isolierten Leiter aufgehängte Gesamtanordnung aus zwei Geräten 71 und 72, die durch das einen isolierten Leiter enthaltende
Kabel 73 verbunden sind. In dem oberen Gerät 71 kann ein Relais, welches durch eine mittels an dem
Gehäuse 3 des Gerätes an isolierenden Stützen 76 befestigter Federn 75 zurückgestossene Trägheitsmasse 74 gebildet wird, ausserdem die in gestrichelten Linien angegebene Stellung 74'einnehmen. Dieses Relais schliesst in seiner ersten, in ausgezogenen Linien dargestellten Stellung folgenden Stromkreis :
Kabel 1, Kabel'78, Masse 14, Kabel'79, Glühdraht 4, Draht 5, Stöpsel 6, Erde.
In der zweiten, in gestrichelten Linien dargestellten Stellung schliesst es folgenden Stromkreis : Kabel 1, Kabel 80, Masse 74', Kabel 81, Kabel 7. 3, Glühdraht des unteren Gerätes 72 und Erde. Das Gerät enthält ausserdem einen Dämpfer 82, dessen Kolben an seinem vorderen, mit der Masse 74 in Berührung kommenden Teil isoliert ist.
Wenn sich das Relais 74 ursprünglich in der in vollen Linien dargestellten Stellung befindet und so der erste Stromkreis geschlossen ist, so bewirkt das Hindurchsenden von Strom durch den Leiter 1 und Erde die Entnahme von Proben mittels des oberen Gerätes M. Infolge des Rückstosses des Geschützes und der Trägheit der Masse 74 nimmt diese dann die Stellung 74'ein und stellt den zweiten Stromkreis her. Der Dämpfer 82 bremst diese Bewegung am Hubende hinreichend, um eine Stromunterbrechung zu ermöglichen, bevor der zweite Stromkreis hergestellt wird. Nachdem das untere Gerät 72 vor eine Bodenschicht gebracht ist, deren Kenntnis wichtig ist, bewirkt ein erneutes Durchsenden von Strom durch den Leiter 1 die Probeentnahme mittels dieses zweiten Gerätes.
Auf diese Weise können mehrere Geräte, von denen jedes, abgesehen vom letzten, ein derartiges Relais enthält, zwecks gesonderter und aufeinanderfolgender Entnahme von Proben an einen einzigen Leiter angeschlossen werden, da das Relais eines Gesehützes unter der Wirkung des Rückstosses dieses Geschützes den Glühdraht des folgenden Geschützes in den Stromkreis einschaltet.
In den Fig. 12 bis 14 ist 1 der vom isolierten Kabel, an dem die Gesamtanordnung der Geschütze aufgehängt ist, kommende Leiter, der einerseits an eine der Klenmen eines Kernelektromagneten ? und anderseits an den Kontakt 85 angeschlossen ist. Die andere Klemme des Elektromagneten ist mit dem Kontakt 84 verbunden. Ein Kontakt 86 ist durch den Leiter 87 mit dem nicht dargestellten Glühdraht des Geschützes verbunden, welchem das beschriebene Relais zugeordnet ist. Ein Kontakt 88 ist durch einen Leiter 89 an den nicht dargestellten Glühdraht eines andern Geschützes angeschlossen.
Zwei um feste Achsen 92 und 93 schwingbare Metallzungen 90 und 91 tragen metallische Massen 94 und 97 gegenüber den Polen 96 und 95 des Elektromagneten. Federn 98 und 99, deren eines Ende je an Festpunkten 100 und 101 befestigt ist, suchen die Zungen 90 und 91 vom Elektromagneten zu entfernen.
Die Zunge 90 trägt an ihrem unteren Ende eine kleine Schulter 102. Die Zunge 91 trägt an ihrem unteren
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trägt ferner zwei grosse Metallkontakte 106 und 107, die gegen die Zunge durch Isolierplatten 108, 109 isoliert sind.
Fig. 12 veranschaulicht das Relais in Bereitschaftsstellung. Der Haken 105 der Stange 104 umfasst die Zunge 90 oberhalb der Schulter 102, und die Feder 98, die kräftiger ist als die Feder 99, legt den Kontakt 106 mittels der Stange 104 gegen die Kontakte 84 und 86 und stellt so folgenden
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Glühdraht des Geschützes, dem das Relais zugeordnet ist.
Fig. 13 veranschaulicht das Relais, nachdem der Strom einmal hindurchgesandt ist. Wenn ein Strom, der sich durch die Masse des Geschütztes und die Erde schliesst, durch den genannten Stromkreis hindurchgeht, so zieht der Pol 96 die Zunge 90 mittels des Metallteiles 94 an. Der Haken 105 kommt ausser Eingriff und die freigegebene Stange 104 fällt unter Drehung um die Achse 10. 3 ab. Der oben beschriebene Stromkreis bleibt bestehen bis zur Abschiessung des Geschosses durch das Geschütz und bis zur Unterbrechung des Scl1melzdrahtes.
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Fig. 14 veranschaulicht das Relais, nachdem sich die durch ihre Federn belasteten Zungen 90 und 91 nach der Stromunterbrechung vom Elektromagneten entfernt haben und nachdem die Zunge 91 das Kontaktstück 107 gegen die Kontakte 85 und 88 gelegt hat, wobei folgender Stromkreis hergestellt wird : Kabel 1, Elektromagnet dz Kontakt 85, Kontakt 107, Kontakt 88, Leiter 89 und Glühdraht des folgenden Geschützes. Eine neue Stromdurchsendung durch diesen Stromkreis, der sich durch die Masse des Geschützes und Erde schliesst, löst das zweite Geschütz aus.
Auf diese Weise können mehrere Geräte, die, abgesehen von dem letzten, je ein derartiges Relais enthalten, zwecks gesonderter und aufeinanderfolgender Entnahme von Kernen an einen einzigen Leiter angeschlossen werden, da das Relais eines Geschützes den Glühdraht des folgenden Geschützes in den Stromkreis einschaltet.
Indem man einen oder mehrere der isolierten Leiter des das Geschütz oder die Geschütze tragenden Kabels mit einer oder mehreren am genannten Kabel in Höhe der Geschütze befestigten Elektroden verbindet, kann man die genaue Lage dieser Geschütze bezüglich der zu kernenden Erdschichten mittels Messung der spezifischen Widerstände und der Differenzen der Potentiale der die Bohrlochwandung bildenden Bodenschichten ermitteln. Jedes mittels seines Glühdrahtes an einen der Leiter vor der Probeentnahme angeschlossene Geschütz kann gegebenenfalls selbst als Elektrode dienen.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Vorrichtung zur Entnahme von Kernen aus dem noch nicht verrohrten Bohrloch, die in das Bohrloch abgesenkt wird und bei der die Entnahme der Probe durch ein Hohlgeschoss erfolgt, das durch die Entzündung eines Explosivstoffes in einer geschützähnlichen Einrichtung in die zu untersuchende Bodensehicht eingetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschoss zur Entnahme der Bodenprobe mit der Einrichtung zum Abfeuern nachgiebig verbunden ist, um das Herausziehen des Geschosses mit der Probe aus dem Erdboden und die Herausbringung zur Erdoberfläche beim Zutagefördern des Gerätes zu ermöglichen.