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Verfahren und Vorrichtung zum Niederbohren der Verrohrung in Tiefbohrlöchern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Niederbohren der Verrohrung
in Tiefbohrlöchern. Beim Niederbohren der Verrohrung in Bohrlöchern geringer Tiefe
ist es seit langer Zeit bekannt, der Verrohrung eine wechselnde Drehbewegung von
Hand zu erteilen. Hierbei wird ein Hebel betätigt, der mit einer an der Verrohrung
starr befestigten Schelle verbunden ist. Dieses von Hand ausgeführte Verfahren findet
seine Grenze, wenn die Verrohrung in Bohrlöchern größerer Tiefe niedergebracht werden
muß.
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Es ist außerdem eine mechanische Vorrichtung zum Hin- und Herdrehen
der Verrohrung bekannt, bei der an der Verrohrung ein zweiarmiger Hebel befestigt
ist, auf dessen beide Arme gleichzeitig Kräfte in entgegengesetzter Richtung einwirken.
Die Übertragung der Antriebskräfte erfolgt über Schubstangen, die an den Enden der
Schellenarme gelenkig angeordnet sind. Bekannt ist außerdem eine mechanische Vorrichtung,
die aus einem einarmigen Hebel besteht, dessen freies Ende durch eine mechanische
Antriebsvorrichtung in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt wird. Diese mechanische
Vorrichtung kann aus einer Gewindespindel oder auch aus einer Doppelspindel bestehen,
die eine Rotationsbewegung erhält. Vorgeschlagen als Antrieb wurde außerdem ein
hydraulisch angetriebener Arbeitskolben oder ein System von Flaschenzügen.
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Nicht mehr neu ist schließlich ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Niederbohren der Verrohrung in Tiefbohrlöchern, wobei der Rohrfahrt außer der
bekannten zyklischen wechselnden Drehbewegung gleichzeitig mit dieser eine Auf-
und Abwärtsbewegung erteilt wird, so daß eine Schraubbewegung der Bohrrohre sowohl
nach oben als auch nach unten erreicht wird. Die zyklische Drehbewegung der Bohrrohre
wird dabei durch hydraulische Zylinder erteilt, welche entweder am Erdboden verankert
oder am Fahrzeugrahmen gelenkig befestigt sind.
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Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß für die gleichzeitige Dreh-
und Aufwärtsbewegung der Bohrrohre große Antriebseinheiten notwendig sind. Ferner
erhöht sich noch ganz wesentlich die Antriebsleistung durch die keilförmige Schnittfläche
am Rohrschuh, welche durch die zyklische Bewegung desselben bei gleichzeitigem Vortrieb
nach jedem Bewegungswechsel entsteht. Ein weiterer Nachteil ist, daß die hydraulischen
Zylinder, welche die zyklische Bewegung erteilen, am Erdboden oder am Fahrzeugrahmen
verankert sind. Dadurch ist der Vortrieb bzw. der Hub der Rohrschelle in vertikaler
Richtung sehr begrenzt, und die Rohrschelle muß beim Voranbohren der Rohre oft am
Bohrrohr nachgesetzt werden. Während dieses häufigen Nachsetzvorganges können jedoch
die Bohrrohre fest werden und damit die ganze Bohrung in Frage stellen.
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Außerdem gestattet diese bekannte Einrichtung lediglich eine zyklische
Drehbewegung der Bohrrohre, so daß eine Anwendung für Gewinderohre nicht möglich
ist.
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Das Verfahren und die zur Durchführung desselben vorgeschlagene Vorrichtung
nach der Erfindung stellt eine Verbesserung der bekannten Verfahren und Einrichtungen
dar. Die Verbesserung besteht darin, daß durch die angeführten Mittel während der
zyklischen Bewegung der Verrohrung letzterer keine Auf- und Abwärtsbewegung erteilt
wird, sondern daß der Arbeitsvorgang in eine zyklische Drehbewegung und in eine
Vorschubbewegung getrennt wird, wodurch sich die Antriebsleistung erheblich verringert,
zumal bei der zyklischen Drehbewegung keine keilförmige Schnittfläche zwischen Rohrschuh
und Erdboden entsteht, sondern vielmehr ein gleichmäßiger horizontaler Schnitt von
bestimmter Tiefe. Das Umschalten auf Vortrieb der Bohrrohre erfolgt erfindungsgemäß
stets in der jeweiligen Endstellung, d. h. im Zykluswechsel. Dadurch entsteht als
Antriebscharakteristik eine mäanderförmige Arbeitslinie.
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Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
findet eine an sich bekannte, mehrteilige, am Bohrrohr spannbare zweiarmige Rohrschelle
Verwendung, welche durch Preßzylinder in eine zyklische Bewegung versetzt wird.
Die
Rohrschelle und die Preßzylinder sind in einem schlittenförmigen Rahmen gelagert,
welcher an den Turmeckstielen verschiebbar geführt ist. Der schlittenförmige Rahmen
mit der Antriebseinheit und der Rohrschelle wird durch einen hydraulischen Zylinder
verschoben, wodurch ein großer Hub der Antriebseinheit erreicht wird und ein wiederholtes
Umspannen der Rohrschelle vermieden wird. Die an der Rohrschelle angreifenden Zug-
bzw. Druckstangen haben einen Längsschlitz, durch welchen ein kurzer Stillstand
beim Richtungswechsel der zyklischen Bewegung erreicht wird. Dieser Stillstand dient
dazu, die Vorschubbewegung der Bohrrohre auszuführen. Die Steuerung kann sowohl
von Hand als auch- automatisch erfolgen.
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Die Anordnung der Antriebsorgane für die zyklische Drehbewegung der
Bohrrohre ermöglicht es, das Nachsetzen der Rohrschelle bedeutend weniger oft durchzuführen,
wodurch die Gefahr des Festwerdens der Verrohrung während des Bohrvorganges vermieden
wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Ausübung desselben
vorgeschlagene Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst, die wechselnde Drehbewegung
in der horizontalen Richtung von der Auf- und Abwärtsbewegung in der vertikalen
Richtung bei Verwendung einer gemeinsamen Rohrschelle zu trennen, wodurch am Rohrschuh
mäanderförmige Bewegungen entstehen, wobei durch die Anordnung der Antriebseinheit
auf einem gemeinsamen Schlitten die Vorschublänge der Bohrrohre während des Arbeitsvorganges
beträchtlich vergrößert wird.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung bietet ferner die Möglichkeit,
die Bohrrohre in der mäanderförmigen Linie nur nach einer Richtung zu drehen, wobei
die Schließkraft der Rohrschelle von der Antriebskraft der Drehzylinder unabhängig
ist. Dieser Vorgang kann automatisch gesteuert werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung sowie die zur Durchführung desselben
vorgeschlagene Vorrichtung sind nachstehend an Hand der Zeichnung noch etwas näher
erläutert. In dieser zeigt in rein schematischer Weise F i g. 1 eine Ansicht der
Vorrichtung gemäß der Erfindung und Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung nach
Fig. 1.
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Die Bezugsziffern 1 bis 3 (F i g. 2) deuten die Teile einer Rohrschelle
an, welche miteinander in an sich bekannter Weise gelenkig verbunden sind. Die Teile
1 und 3 weisen nach außen ragende Arme 1 a und 3 a auf. Das Spannen der Rohrschelle
erfolgt in an sich bekannter Weise über eine hydraulische oder pneumatische Spannvorrichtung.
Diese Spannvorrichtung besteht bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform
aus einem hydraulisch betätigten Spannzylinder 4, dessen beide Kolbenstangen 4 a,
4 b mit den Teilen 1 und 3 der Rohrschelle gelenkig verbunden sind. In der Betriebstellung
nimmt die Rohrschelle das Bohrrohr 5 auf.
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Mit 6 ist ein Joch bezeichnet, das um einen Zapfen 7 in Grenzen verschwenkbar
gelagert ist. Dieses Joch 6 steht unter der Einwirkung von Preßzylindern 8, 9, deren
Kolbenstangen 8 a, 9 a mit dem Joch 6 gelenkig verbunden sind. Die Kolbenstangen
8 a, 9 a werden im Betrieb hin- und herbewegt, wodurch dem Joch 6 eine Schwenkbewegung
aufgeprägt wird. Diese Schwenkbewegung wird über Zug- und Druckstangen 10, 11 auf
die Rohrschelle übertragen, welche somit in der Betriebstellung eine zyklisch wechselnde
Drehbewegung vollführt.
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In dem Joch 6 sind Längsschlitze 6 a, 6 b vorgesehen, in welche die
zugeordneten Zug- bzw. Druckstangen 10, 11 mit Spiel eingreifen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Rohrschelle und
die Preßzylinder 8, 9 in einem Rahmen 12 gelagert, der in senkrechter Richtung verschiebbar
eingerichtet ist. Die Bewegung in senkrechter Richtung wird von einem oder auch
mehreren hydraulischen Zylinder(n) 13 bewirkt, dessen Kolbenstange 13 a mit dem
Rahmen 12 in Verbindung steht. Für eine genaue Führung des Rahmens 12 nach
oben bzw. unten sorgen bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform zwei
Turmeckstiele 14, 15.
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Im unteren und oberen Teil des Rahmens 12 sind Rollen 16 (F i g. 1)
gelagert, die das Bohrrohr 5 zentrieren.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die folgende:
Soll das Bohrrohr 5 in den Boden eingetrieben werden, dann wird es zunächst von
der Rohrschelle so fest gefaßt, daß eine Relativbewegung zwischen dieser Rohrschelle
und dem Bohrrohr 5 unmöglich ist. Anschließend daran wird der eine Preßzylinder,
z. B. 8, betätigt, der dem Bohrrohr 5 über das Joch 6, die Zug- bzw. Druckstange
10 und den Arm 1 a des Teiles 1 der Rohrschelle eine Drehbewegung in der einen Richtung
aufprägt. Anschließend daran erteilt der hydraulische Druckzylinder 13 dem Bohrrohr
5 einen ganz bestimmten Vorschub. Nach Beendigung dieser Vorschubbewegung wird der
Preßzylinder 9 in Tätigkeit gesetzt, der dem Bohrrohr 5 über das Joch 6, die Zu-
bzw. Druckstange 11 und den Arm 3 a eine der ursprünglichen Drehbewegung entgegengesetzte
Drehbewegung aufprägt. Dann setzt wieder die Vorschubbewegung ein.
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Der Arbeitsablauf läßt sich somit wie folgt charakterisieren: Drehbewegung
des Bohrrohres nach rechts - Vorschubbewegung - Drehbewegung des Bohrrohres nach
links. Dann wiederholt sich das Spiel von neuem.