Vorrichtung und Verfahren zum Niederbringen eines Bohrloches Die Erfindung
betrifft die Ausbildung einer Vorrichtung und ein Verfahren zum Niederbringen eines
Bohrloches. Die Erfindung macht hierbei von drei verschiedenen Einrichtungen bzw.
Verfahren Gebrauch, die für sich einzeln bekanntgeworden sind und die nachfolgend
behandelt werden, Bekannt ist zunächst ein Drehbohrantrieb im Bohrloch, dessen Rückdrehmoment
auf die Futterrohre des Bohrloches übertragen wird. Bei der bekannten Vorrichtung
handelt es sich um ein Tiefbohrgerät mit mindestens einem Erdbohrer, der mit dem
Antriebsmotor zu einer Einheit zusammengebaut ist, die gegenüber dem Senkrohr verdrehungssicher
festklemmbar ist. Neben diesem Drehbohrantrieb im Bohrloch gibt es aber mehrere
Bohrverfahren, bei denen das Bohrgerät, die Bohrwerkzeuge und die verschiedenen
Rohrfahrten voneinander getrennt und unabhängig jedes für sich bedient werden muß.
Hierbei wird die Antriebskraft für die Bohrwrrkzeuge oft über Tage erzeugt und die
übermittlung der erforderlichen Antriebskraft zum Bohren geschieht durch Gestänge
und bei Schlagbohranlagen auch durch Seile. Diese bekannten Vorrichtungen, die bis
jetzt neben dem bekannten Drehbohrantrieb Verwendung finden, sind sehr durch Betriebsstörungen
gehindert, wenn bei Brüchen schwierige Fangarbeiten erforderlich sind.Apparatus and method for driving a borehole The invention
relates to the formation of a device and a method for bringing down a
Borehole. The invention makes here of three different devices or
Procedures use that have become known individually and the following
First of all, a rotary drill drive in the borehole is known, its reverse torque
is transferred to the casing of the borehole. In the known device
it is a deep drilling rig with at least one auger that is connected to the
Drive motor is assembled into one unit, which is torsion-proof with respect to the countersunk pipe
can be clamped. In addition to this rotary drill drive in the borehole, there are several
Drilling methods in which the drilling rig, the drilling tools and the various
Pipe journeys separated from each other and each must be operated independently.
Here, the driving force for the Bohrwrrkzeuge is often generated above ground and the
Transmission of the drive force required for drilling is done by rods
and in the case of percussion drilling rigs also with ropes. These known devices that up
are now used in addition to the well-known rotary drill drive, are very much due to malfunctions
prevented if difficult fishing work is required in the case of breaks.
Bekannt ist ferner ein nach dem Schema von Sangbohranlagen arbeitender
Spülungsumlauf. Bei diesem Bohrverfahren wurde bisher eine Rohrkolonne nicht verwendet.
Es wurde in der Regel mit sogenannter Dickspülung gearbeitet. Beim Saugbohren treten
je-
doch Gefahren auf, wenn die im Bohrloch befindliche Wassersäule plötzlich
abreißt und das Bohrloch nicht mehr gefüllt ist und dann zusammenbricht oder die
notwendige Wasserzufuhr überhaupt ausbleibt und das Bohrloch nicht fortgesetzt gefüllt
werden kann.Also known is a circulation of mud operating according to the scheme of drilling rigs. A tubular column has not previously been used in this drilling process. As a rule, so-called thick flushing was used. When Saugbohren JE hazards are on but when the water column downhole suddenly torn off and the hole is not filled more and then breaks or fails, the necessary supply of water at all, and the well can not be filled continued.
Bekannt ist ferner eine übertägige Bewegungseinrichtung für die Futterrohre.
Bei dieser Einrichtung erfolgt das Einbringen der Futterrohre durch Hereindrehen
mit mechanischen Hilfsmitteln oder mit Hilfe von hydraulischen Antriebsorganen.
Hierbei ist nachteilig, daß das jeweilige Bohrwerkzeug unabhängig von der Rohrfahrt
arbeitet. Hierbei können Gefahren auftreten durch Verklemmungen der Rohrfahrt, durch
Nachfall von Gestein und ähnliche nicht voraussehbare Ereignisse.A surface moving device for the casing pipes is also known.
With this device, the feed pipes are inserted by screwing them in
with mechanical aids or with the help of hydraulic drive mechanisms.
The disadvantage here is that the respective drilling tool is independent of the pipe travel
is working. This can lead to hazards due to jamming of the pipe run
Fall of rock and similar unforeseeable events.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es vorteilhaft sein
müßte, das Nachführen der Verrohrung abhängig von der Arbeit des Bohrwerkzeuges
zu machen, damit beide Arbeitsvorgänge, nämlich das Nachführen der Verrohrung und
das Bohren sich aufeinander abstimmen können. Nach der Erfindung wird eine Vorrichtung
vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch die Kombination einer an sich bekannten
hydraulischen Drehvorrichtung für Futterrohre mit einem ebenfalls bekannten Drehbohrantrieb
im Bohrloch unter Anwendung des bekannten Umkehrspülverfahrens. Bei einer Ausführungsform
der Vorrichtung nach der Erfindung weist der Werkzeugträger einen hülsenförmigen
Aufsatz auf, dessen oberes Ende als Zahnkranz ausgebildet ist, an dem Motore mit
Zahnrädern angreifen. Eine derart ausgebildete Vorrichtung gestattet einen symmetrischen
Kraftangriff, wobei die ohnehin erforderliche Hohlwelle zur Anwendung des Umkehrspülverfahrens
als Führung für den Werkzeugträger und den hülsenfönnigen Aufsatz dient. Die beschriebene
Vorrichtung kann erfindungsgemäß derart betrieben werden, daß die Verrohrung während
des Bohrens gleichzeitig und kontinuletlich unter Drehbewegungen nachgeführt wird
und als Vorschubeinrichtung für das Bohrwerkzeug dient.The invention is based on the knowledge that it can be advantageous
would have to adjust the piping depending on the work of the drilling tool
to make so that both operations, namely the tracking of the piping and
drilling can be coordinated with one another. According to the invention there is an apparatus
proposed, which is characterized by the combination of a known per se
hydraulic turning device for casing pipes with a well-known rotary drill drive
in the borehole using the known reverse flush method. In one embodiment
the device according to the invention, the tool carrier has a sleeve-shaped
Attachment, the upper end of which is designed as a ring gear, on the motors with
Attack gears. A device designed in this way allows a symmetrical
Force application, whereby the hollow shaft required anyway for the application of the reverse flushing process
serves as a guide for the tool carrier and the sleeve-shaped attachment. The described
Device can be operated according to the invention in such a way that the piping during
of drilling is tracked simultaneously and continuously with rotary movements
and serves as a feed device for the drilling tool.
Durch die Erfindung ist es gelungen, eine automatische Abstimmung
zwischen dem Nachführen der Verrohrung und dem Bohrfortschritt zu erzielen. Vorteilhaft
ist ferner, daß unter Umständen auf eine Dickspülung verzichtet werden kann, weil
infolge der Verwendung der Verrohrung die Bohrlochwand nicht mehr einstürzen kann.
Es ist also ein Saughebe-Verfahren unter Verwendung von Luft oder auch Wasser möglich.
Vorteilhaft ist schließlich, daß der Bohrvorgang durch das auf dem Bohrgerät lastende
Gewicht des Bohrgerätes selbst und der Rohrkolonne gefördert wird. Diese vorteilhafte
Wirkungsweise wird auch noch dadurch unterstützt, daß das zum Bohren erforderliche
Drehmoment unmittelbar an der Bohrlochsohle erzeugt wird, so daß die Kräfteübertragung
über längere Strecken entfällt.The invention made it possible to carry out automatic voting
between the tracking of the casing and the progress of drilling. Advantageous
is also that under certain circumstances a thick flush can be dispensed with because
as a result of the use of the casing, the borehole wall can no longer collapse.
A suction lifting process using air or water is therefore possible.
Finally, it is advantageous that the drilling process by the load on the drilling device
Weight of the drilling rig itself and the tubular column is conveyed. This beneficial
The way it works is also supported by the fact that the drilling required
Torque is generated directly at the bottom of the borehole, so that the power transmission
not applicable over longer distances.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
F.i
g. 1 zeigt das Rohrinnere am unteren Ende der Verrohrung, wobei das Bohrgerät
im wesentlichen in der Ansicht dargestellt ist; F i g. 2 zeigt eine schematische
Darstellung der gesamten Baustelleneinrichtung.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. Fi g. Fig. 1 shows the interior of the pipe at the lower end of the casing, the drilling rig being shown substantially in elevation; F i g. 2 shows a schematic representation of the entire construction site facility.
F i g. 1 zeigt das eigentliche Bohrgerät. In dem unteren Ende
eines Bohrrohres 1, das als Schneidrohr mit einem gezahnten Schuh2 versehen
ist, befindet sich das Bohrgerät3. Dieses Bohrgerät3 hat eine Verspannungsvorrichtung5,
beispielsweise hy-
draulische Zylinder6 und Anpreßplatten7. Letztere sind
entsprechend der Rohrfonn gewölbt und verhältnismäßig breit ausgebildet, um den
Druck an eine größere Rohrfläche abgeben zu können. Mit diesen Mitteln kann das
Bohrgerät3 gegen die Wände des Bohrrohres in beliebiger Höhe verspannt werden. Die
Energieversorgung für das Bohrgerät 3 erfolgt über ein elektrisches Kabel
4. Elektromotore 8 treiben hydraulische Hochdruckpumpen 9, die in
einem ölbehälter 10 liegen. Die Hochdruckpumpen 9 sind durch elektrische
Fernsteuerungsgeräte 11 in ihrer Leistung Veränderliche Die Pumpen
9 treiben ölmotore 12, die über eine Getriebeuntersetzung den am unteren
Ende einer Hohlwelle 16 drehbar angeordneten Werkzeugträger 14 in Bewegung
setzen. Der Transport des Druckmittels erfolgt hierbei über elastische ölleitungen
42, die die Hochdruckpumpe 9
mit den ölmotoren 12 verbinden. Alle Teile des
Getriebes sind in die Gehäuseteile 43 und 44 eingebettet. Die Antriebskraft der
Motore 12 wird über Zahnräder 13 auf einen Zahnkranz 40 übertragen, der an
einem rohrförmigen Körper 41 befestigt ist. Der obere Flansch des Körpers 41 wird
im Gehäuse geführt und trägt somit den Werkzeugträger 14. Eine andere Ausbildungsform
des Werkzeugträgers 14 besteht zum Beispiel darin, daß er statt einteilig in zwei
Teilen ausgeführt wird, die gegenläufig arbeiten. Die Bohrwerkzeuge 15 können
zum Beispiel sowohl als Zahnschneiden bei milderen Gebirgen als auch als Rollenmeißel
bei harten Gebirgen ausgebildet werden.F i g. 1 shows the actual drilling rig. The drilling device 3 is located in the lower end of a drill pipe 1, which is provided as a cutting pipe with a toothed shoe 2. This drilling device 3 has a tensioning device 5, for example hydraulic cylinders 6 and pressure plates 7. The latter are arched according to the pipe shape and made relatively wide in order to be able to deliver the pressure to a larger pipe surface. With these means, the drill 3 can be braced against the walls of the drill pipe at any height. The power supply for the drilling device 3 takes place via an electric cable 4. Electric motors 8 drive hydraulic high-pressure pumps 9, which are located in an oil container 10 . The high pressure pumps 9 are by electrical remote control devices 11 in their performance variable drive the pumps 9 hydraulic motors 12 which set a gear ratio to the lower end of a hollow shaft 16 rotatably mounted tool carrier 14 in motion. The pressure medium is transported via elastic oil lines 42 which connect the high pressure pump 9 to the oil motors 12. All parts of the transmission are embedded in the housing parts 43 and 44. The driving force of the motors 12 is transmitted via gears 13 to a ring gear 40 which is fastened to a tubular body 41. The upper flange of the body 41 is guided in the housing and thus carries the tool carrier 14. Another embodiment of the tool carrier 14 consists, for example, in that instead of being made in one piece, it is made in two parts that work in opposite directions. The drilling tools 15 can be designed, for example, both as tooth cutters in milder mountains and as roller bits in hard mountains.
Durch das ganze Gerät 3 hindurch führt die Hohlwelle
16, die als Saugrohr ausgebildet ist und am oberen Ende Flanschverbindungen
17 besitzt, an die z. B. Steigleitungen oder Schläuche angeschlossen werden
können. Am Bohrgerät 3 befindet sich eine Aufhängevorrichtung 18 zum
Anheben und Senken sowie zum Herausheben des Gerätes 3 aus dem Rohr
1. Through the entire device 3 , the hollow shaft 16, which is designed as a suction tube and has flange connections 17 at the upper end, to which z. B. risers or hoses can be connected. On the drilling device 3 there is a suspension device 18 for raising and lowering as well as for lifting the device 3 out of the pipe 1.
Das Rohr 1 wird durch eine über Tage aufgestellte Dreheinrichtung
19 (F i g. 2) in Bewegung gesetzt, die vorzugsweise hydraulisch arbeitet.
Die Bewegung kann sowohl hin- und hergehend sein, als auch gleichförmig in einer
Richtung allein. Die Dreheinrichtung besitzt außerdem Zug- und Druckmittel 20, beispielsweise
hydraulische Zylinder. Eine geeignete Vorrichtung ist z. B. in der deutschen Patentschrift
1 004 119 beschrieben. Die Krafterzeugung erfolgt für die Dreheinrichtung
durch ein Druckaggregat 21, die Kraftübertragung durch die Schelle 22 auf das Rohr
1. The tube 1 is set in motion by a rotating device 19 ( FIG. 2) set up above ground, which preferably works hydraulically. The movement can be reciprocating or uniform in one direction alone. The rotating device also has pulling and pushing means 20, for example hydraulic cylinders. A suitable device is e.g. B. described in German Patent 1 004 119 . The power is generated for the rotating device by a pressure unit 21, and the power is transmitted by the clamp 22 to the pipe 1.
Das Hilfsgerät 23 (F i g. 2), das sowohl stationär,
als auch fahrbar sein kann, hat einen Turm oder Auslegermast 24, an dem eine Reihe
von Seilrollen 25 angebracht ist. Die Winde 26 dient zum Verfahren
des Bohrgerätes 3 im Rohr 1. Sie wird durch den Motor 27 angetrieben.
Ein weiterer Motor 28 ist mit einer Saugpumpe 29 gekoppelt, die über
einen Saugschlauch 30 und einen Spülkopf oder Spül-
krümmer
31 mit der Saugleitung 32 verbunden ist. Diese Saugleitung ist angeschlossen
an die Flanschverbindungen 17 der Hohlwelle 16 des Gerätes
3. Die Winde 26 hat ein mechanisches Schlagwerk 33 eingebaut.
In bestimmten Fällen kann dann das Bohrgerät 3 mit seinen Werkzeugen
15 ausgetauscht werden gegen einen Saugschlagbohrineißel 34. Hinter der Saugpumpe
29 ist außerdem eine Sieb- und Absetzanlage 35 vorhanden, die in eine
Rückführungsleitung 36 mündet. Diese Rückführungsleitung 36 leitet
den Spülstrom wieder in das Rohr 1 zurück. An Stelle der hier beschriebenen
hydraulischen Absaugung kann naturgemäß eine ähnliche Absaugung mit pneumatischen
Mitteln treten. Der Turm oder der Auslegermast 24 des Hilfsgerätes 23 kann
in beliebige Neigung zur Senkrechten verstellt werden, wobei auch entsprechende
Veränderungen an der Dreheinrichtung 19 vorgenommen werden. Die Arbeitsweise
des Gerätes ist folgendermaßen: Das Hilfsgerät 23 wird am Bohrplatz aufgestellt,
aufgebaut und mit Hilfe eines bekannten Bohrgerätes, so z. B. eines Bohrgreifers,
ein Vorschacht gebohrt, in den das Rohr 1 eingelassen werden kann. Bei geeigneten
Bodenverhältnissen kann auch das Rohr 1
direkt angesetzt werden, wenn im Turm
oder Auslegennast 24 entsprechende Einrichtungen zur Führung vorhanden sind. Die
Dreheinrichtung 19 wird nun in Bewegung gesetzt und schneidet das Rohr
1
mit Hilfe des Schneidschuhes 2 in den Boden ein. Sobald genügend Tiefe erreicht
ist, wird das Rohr 1 mit Flüssigkeit gefüllt, das Gerät 3 durch die
Motore 8 in Betrieb gesetzt, wobei sich das Gerät mit Hilfe der Verspannungsvorrichtung
5 über die Zylinder 6 und die Anpreßplatten 7 im Rohr
1 fest verspannt. Gleichzeitig werden die ölmotore 12 durch die Hochdruckpumpen
9 in Tätigkeit gesetzt, wodurch die Bohrarbeit der Werkzeuge 15 mit
Hilfe des Werkzeugträgers 14 und der Getriebeuntersetzung 13 beginnt. Gleichzeitig
wird bei dem Hilfsgerät 23 die Saugpumpe 29 eingeschaltet, die durch
die Hohlwelle 16 und die Saugleitung 32 bzw. den Saugschlauch
30 das abgebohrte Material an der Bohrlochsohle absaugt. Der Spül-
strom
wird über die Absetzanlage 35 geführt und der gereinigte Spülstrom wieder
in das Rohr 1 zurückgeleitet, so daß ein Kreislauf entsteht.The auxiliary device 23 ( FIG. 2), which can be stationary as well as mobile, has a tower or boom mast 24 on which a number of pulleys 25 are attached. The winch 26 is used to move the drilling device 3 in the pipe 1. It is driven by the motor 27 . Another motor 28 is coupled to a suction pump 29 , which is connected to the suction line 32 via a suction hose 30 and a flushing head or flushing elbow 31 . This suction line is connected to the flange connections 17 of the hollow shaft 16 of the device 3. The winch 26 has a built-in mechanical hammer mechanism 33 . In certain cases, the drilling device 3 with its tools 15 can be exchanged for a suction hammer drill 34. Behind the suction pump 29 there is also a sieving and settling system 35 which opens into a return line 36. This return line 36 directs the flushing flow back into the pipe 1 . Instead of the hydraulic suction described here, a similar suction with pneumatic means can of course be used. The tower or the cantilever mast 24 of the auxiliary device 23 can be adjusted to any inclination to the vertical, with corresponding changes being made to the rotating device 19 . The operation of the device is as follows: The auxiliary device 23 is set up at the drilling site, built up and using a known drilling device, such. B. a drill gripper, drilled a shaft into which the pipe 1 can be inserted. In the case of suitable soil conditions, the pipe 1 can also be attached directly if there are appropriate guiding devices in the tower or laying bar 24. The rotating device 19 is now set in motion and cuts the pipe 1 into the ground with the aid of the cutting shoe 2. As soon as sufficient depth is reached, the pipe 1 is filled with liquid, the device 3 is put into operation by the motors 8 , the device being firmly clamped in the pipe 1 with the aid of the clamping device 5 via the cylinder 6 and the pressure plates 7. At the same time, the oil motors 12 are activated by the high pressure pumps 9 , whereby the drilling work of the tools 15 with the aid of the tool carrier 14 and the gear reduction 13 begins. At the same time, the suction pump 29 is switched on in the auxiliary device 23, which sucks off the drilled material at the bottom of the borehole through the hollow shaft 16 and the suction line 32 or the suction hose 30. The flushing flow is passed through the settling system 35 and the cleaned flushing flow is returned to the pipe 1 , so that a cycle is created.
Während der Bohrarbeiten wird das Gewicht des Bohrgerätes
3 und des Rohres 1 mit den abzusetzenden Schüssen benutzt, um den
erforderlichen Bohrdruck zu erzielen. Es kann auch nötig sein, das Bohrgerät
3 von der Auflast zu entlasten, was durch die Zylinder 20 erreicht wird.
Andererseits aber kann es auch möglich sein, mit Hilfe der Zylinder 20 den Bohrdruck
zu erhöhen, falls erforderlich. Die von den Zylindern 20 aufgenommene Last wird
an ein Rost 45 abgegeben, dessen Enden ausreichend weit über den Bohrdurchmesser
hinausreichen und die Last auf das Erdreich übertragen. Ein Teil eines derartigen
Rostes 45 ist schematisch in F i g. 2 dargestellt.During the drilling work, the weight of the drilling device 3 and the pipe 1 is used with the shots to be set down in order to achieve the required drilling pressure. It may also be necessary to relieve the load on the drilling device 3 , which is achieved by the cylinders 20. On the other hand, however, it may also be possible to increase the drilling pressure with the aid of the cylinder 20, if necessary. The load absorbed by the cylinders 20 is transferred to a grate 45, the ends of which extend sufficiently far beyond the drilling diameter and transfer the load to the ground. Part of such a grate 45 is shown schematically in FIG. 2 shown.