DE102008049795A1

DE102008049795A1 - Kernbohrtechnische Vorrichtung für die Unterstützung der Beprobung von Sedimenten mit Kernbohrgeräten am Bohrlochgrund von Bohrungen bei überdeckenden statischen Flüssigkeitsdrücken, wie z. B. in der Tiefsee

Info

Publication number: DE102008049795A1
Application number: DE200810049795
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Hohnberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-08

Abstract

Druckdichter Verschluss des inneren Kernrohrbereiches und Erzeugung eines dem Bohrprozess angepassten veränderlichen Kernrohr-Volumens dadurch gekennzeichnet dass
• das innere Kernrohr am Kopf des Rohres abgedichtet wird und
• am unteren Ende des Liners ein sog. Schwimmkolben mit Dichtfunktion und bohrfortschrittabhängiger Selbstauslösung positioniert ist.

Description

Gegenstand des vorliegenden Patentantrages ist die Art des Kerngewinnungsprozesses im jeweiligen Zeitabschnitt des Beprobungsvorganges und die Schaffung der dafür notwendigen physikalischen und technischen Voraussetzungen.
Stand der Technik:
Auf dem Gebiet der Bohrtechnik existieren verfahrenstechnisch u. a. sehr unterschiedliche Kernbohrgeräte. Mit allen Kernbohrgeräten sollen von den unterschiedlichsten Materialien Proben in Form eines Bohrkernes gewonnen werden. Hier werden insbesondere bohrtechnisch mit der bisher vorhandenen Bohrtechnik sehr schwierig zu beprobende Sedimente (weiche bis verfestigte bindige Sedimente, die z. T. auch tixotrope Eigenschaften haben) angesprochen. Verfahrenstechnisch werden diese Sedimente mit Erfolg aber auch mit allen unten beschriebenen Problemen im sog. Push-in-Verfahren und im rotierenden Kernschneidverfahren in Verbindung mit einem Kolben, der beim Kernvorgang eine mechanisch betriebene Relativbewegung zum Kernrohr durchführt, beprobt. Diese die Kerngewinnung unterstützende Relativbewegung zwischen Kolben und Kernrohr wird im halbautomatischen Betrieb mit komplizierten mechanischen Verriegelungs-Vorschub- und -Entriegelungs-Mechanismen realisiert.
Problem:
Die Chancen für die erfolgreiche Gewinnung von Bohrkernen hängen in erster Linie von folgenden Einflussgrößen ab:

• Konsistenz des zu beprobenden Materials,
• Form des Kern-Schneidwerkzeuges,
• Art des Kernprobenahmeverfahrens wie z. B. rotierendes Bohren oder das sog. Push in-Verfahren.
• Umweltbedingungen, wie terrestrisches Bohren oder Bohren in der Tiefsee.
• In besonderen Fällen ist das Durchmesserverhältnis des zu gewinnenden Kernes zu dem Außendurchmesser des Schneidwerkzeuges von entscheidender Bedeutung. Ist der Kerndurchmesser des zu gewinnenden Kernes klein gegenüber dem Außendurchmesser des Schneidwerkzeuges, so entsteht beim Bohrvorgang ein Materialstau unterhalb der Bohrkrone, der so ausgebildet sein kann, dass unter Einsatz herkömmlicher Bohrverfahren kein Kerngewinn möglich ist.
• Vorhandensein von ausreichender Bohrspülung

Beim Bohrvorgang anfallendes Bohrklein muss mit der geeigneten Menge Bohrspülung vom Schneidkopf wegtransportiert werden. Ferner muss bei herkömmlichen Bohrverfahren (ohne die oben beschriebene Kolbenfunktion) das im Liner befindliche Wasser vom in den Liner hineinwachsenden Kern gegen den Spülungsdruck verdrängt werden können, das behindert den Kerngewinnungsprozess besonders von weichen Sedimenten.
Lösung:
Diese Probleme werden durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

1. Druckdichter Verschluss des inneren Kernrohrbereiches einschließlich Liner und damit Schaffung eines mit einem kompressiblen Medium (Luft) gefüllten Raumes mit einem bestimmten Volumen und auch der Möglichkeit, diesen Kernrohrbereich vor dem Kernprobenahme-Einsatz wahlweise zu evakuieren.
2. Einbau eines am unteren Ende des Liners positionierten sog. Schwimmkolbens mit Selbstauslösefunktion, dessen Initialisierung durch den kraftschlüssigen Kontakt mit dem zu beprobenden Material erfolgt.
3. Die den Kerngewinnungsprozess unterstützende Kolbenfunktion wird durch den Schwimmkolben realisiert, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die den Kolben bewegende Kraft durch keine mechanischen Bauteile übertragen wird. Damit wird eine Kernprobenahme bei bestimmten Kern-Probenahmegeräten erst möglich.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden anhand eines Druckkern-Probenehmers näher beschrieben.
In der Zeichnung ist der Druckkammerbereich eines Kernprobenehmers dargestellt. Das innere Kernrohr, hier als Druckrohr bezeichnet, mit dem darin befindlichen Liner wird mit der oberen Dichtung abgedichtet. Im Bereich der Schneidschuhe (Krone und Krone 1) ist ein Kolben gegen den Liner und das Druckrohr so abgedichtet, dass der gesamte Innenrohrbereich evakuiert werden kann. Mit der vor dem Geräteeinsatz erfolgten Evakuierung des inneren Kernrohrbereiches zusammen mit dem hydrostatischen Druck am Ort der Beprobung wird beim Bohrvorgang an der Bohrkrone eine positiv von außen nach innen gerichtete Druckdifferenz erzeugt. Der Kolben ist in der Ausgangsstellung über eine Kugelverriegelung in der Krone 1 verriegelt. Diese Verriegelung wird von dem Entriegelungstaster entriegelt sowie der Bohrprozess beginnt und der Entriegelungstaster von dem zu beprobendem Material durch den Bohrvorschub kraftschlüssig belastet wird.
Bei einem Bohrkern mit einer Querschnittsfläche von z. B. 25 cm² und der Bohrgeräte-Einsatztiefe von 1000 m (Tiefsee) wirkt axial auf den Kern eine vom längs verschieblichen Kolben geforderte Kraft von max. 25000 N (2500 Kp). Mit dieser Kraft wird der Kern in den Liner hineingedrückt und der Kolben bewegt sich mit dem Sedimentkern zum Vauum hin. In dem Maße, wie sich das Volumen des in den Liner hineinwachsenden Bohrkernes vergrößert, verkleinert sich das Volumen des Vakuums jenseits des Kolbens bis der Kolben am oberen Anschlag angekommen ist.
Bei diesem Bohrverfahren fällt auch die oben erwähnte Notwendigkeit weg, die bisher oberhalb des Kernes befindliche Flüssigkeit (Wasser) gegen den Bohrspülungsdruck wegzudrücken.

Claims

Druckdichter Verschluss des inneren Kernrohrbereiches und Erzeugung eines dem Bohrprozess angepassten veränderlichen Kernrohr-Volumens dadurch gekennzeichnet dass • das innere Kernrohr am Kopf des Rohres abgedichtet wird und • am unteren Ende des Liners ein sog. Schwimmkolben mit Dichtfunktion und bohrfortschrittabhängiger Selbstauslösung positioniert ist.
Schwimmkolbenfunktion dadurch gekennzeichnet dass • die Initialisierung der aus dem hydrostatischen Druck resultierenden und auf den Kolben wirkenden Kraft durch den kraftschlüssigen Kontakt des Kolbens mit dem zu beprobenden Material erfolgt. • der Kerngewinnungsprozess durch das Kräftespiel am Schwimmkolben massiv unterstützt wird. • die Bewegungsmöglichkeiten des Schwimmkolbens dem Druckspiel am Kolben unterliegen und durch keinerlei mechanische Bauteile erzwungen werden.