DE1608268A1

DE1608268A1 - Bohrungsgeraet

Info

Publication number: DE1608268A1
Application number: DE1968J0035825
Authority: DE
Inventors: Wladimir Tiraspolsky
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1967-03-13
Filing date: 1968-03-02
Publication date: 1970-11-12
Also published as: GB1219185A; US3455402A; NL6803309A; DE1608268B2; FR1567862A; BE712011A; NL156781B

Description

DR. GERHARD RATZEL

PATENTANWALT

68 MANNHEIM, 25. Pebr. 19οι; Seckenheimer Str. 36 a · Telefon 40315

Postscheckkonto* Frankfurt/M. Nr. 8293 Bank« DsuUcha Bank Mannheim Nr. 72/UO066 TeIo G F.-Codei Gerpaf

INSTITUT BKAlTCAIS DU PEfHOLE BIS GAEBURAITS Bf LUBRXFIANTS

1 et 4, Avenue de

92 RUEIL-MALMAISOK (Hsats-d©-Seine)

BOHRUNGSGERAT

Erfinder» Wladimir TIRASP0LSKT

Π098Α6/0 258

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Bohrungsgerät, durch welches der Wirkungsgrad bei Bohrverfahren mit Flüssigkeitsumlauf verbessert werden kann; insbesondere durch Erhöhung der Vörschubgeschwinügk' sen des Bohrwerkzeugs und durch Verlängerung von dessen Loh', isdauer.

Das Grundziel der Erfindung besteht darin, die Wirtschaftlichkeit des Bohrungsvorgangs zu verbessern, und zwar durch merkbare Bewährung der^r ß'odenangrif f sf lache" ües TidlYrwerkzeügs vor denvDruok der Bohrflüssigkeit, welcher Druck am Boden des ringförmigen Raums herrscht, der zwischen der Wand des gebohrten Schachts und der Bohrsäule entsteht, wobei in diesen Arbeitsbereichen ein Druck hervorgerufen wird, der nicht wesentlich über dem hydrostatischen Druok in der angebohrten Schicht nahe an der Bohrungsstirnfläche herrscht; der Druck kann auch geringer sein als dieser hydrostatische Druck.

Das Bohrgerät nach dieser Erfindung, welches die Erreichung solcher Ergebnisse ermöglicht, umfaßt einen*Werkz^eügkorper""mit : mindestens einer Bodenangriffsfläche, die von diesem WerKzeu(jRi'r- *~p"er~- getragen wird und eine Bohrstirnfläche begrenzt; j ferner Vorrichtungen, die in einem Bereich des Gerätestamms einen Unterdruck gegenüber dem Druck der zugeführten Bohrflüssigkeit entstehen lassen» Es ist charakterisiert durch ein Zusammenwirken von mindestens einem Kanal für den Wiederaufstieg des Abhubs (10, 10a), welcher die erwähnte Bodenangriffsfläche (8,9,15) ^mit der erwähnten Niederdruckzone verbindet; von mindestens einem Abzugskanal für die Bohrflüssigkeit (3i4»6), der durch die Niederdruckzone hindurchggeht (5) und in den ringförmigen Raum (7) mündet, der zwischen des Bohrsäule·¹ und der Wand des Bohrschachts gebildet wird, duroh mindestens eine Öffnung (6a), die außerhalb der genannten Bodenangriffsfläche (8,9,13) liegt» ferner durch Vorrichtungen (14»15) zur Begrenzung des Bohrflüssigkeitsstroms zwischen der genannten Öffnung (6a) des Abzugskanals und der Angriffsfläohe.

Das Bohrgerät, das in dieser Anlage verwendet wird, kann entweder von einem Typ sein, bei dem das Aufreißen des Bodens allein duroh die Umdrehnung des Werkzeugs bewirkt wird, oder von einem Typ, bei dem der Boden luroh Stoßwirkung angegriffen wird, weloh letztere mit der Umdrehungewirkung kombiniert sein kann, aber nicht sein muß.

Ο'.984 6/Ο2Ββ

Beispiele für die Ausführung des Bohrungsgeräts nach dieser Erfindung werden nachstehend beschrieben, unter Bezugnahme auf die anliegenden Abbildungen; hierbei versteht es sich, daß die Beispiele keinerlei begrenzende Wirkung haben.

Abb, 1 zeigt einen sehr sohematischen Aufriß des gesamten Bohrgeräts in einer ersten Ausführungsweise;

Abb. 1A zeigt das Bohrwerkzeug von unten gesehen, für dia gleiche Ausführungsart;

Abb» 2 erläutert, ebenfalls in schematischer Weise, eine zweite Ausführungsart der Erfindung«,

Bei diesen gezeigten Ausführungsbeispielen umfaßt das Bohrgerät ein Bohrwerkzeug mit massivem Bohrkopf (2), Es ist in seinem oberen Teil mit der Bohrsäule (1) verbunden.

Es umfaßt-eine Duse~ (3), die über die Kolonne (1) in der Pfeilrichtung mit Flüssigkeitsstrom versorgt wird und der mit einem Venturi-Rohr (4) zusammenwirkt, das in dessen Verlängerung montiert ist und einen Unterdruck in der Ringkammer (5) hervorruft.

Es wird zunächst Bezug genommen auf die Vorgänge bei der ersten Ausführungsart, die in den Abb.1 und 1A gezeigt ist.

Mehrere Kanäle (6) für die Abführung der Bohrflüssigkeit und des Abraums, der mit ihr in den ringförmigen Raum (7) außerhalb der Bohrsäule mitgerissen wird, erhalten die Bohrflüssigkeit über das Venturi-Rohr und sind mit Öffnungen (6a) versehen, die ^TThtfer 'die Arbeitszonen (8 und 9)~hi7isicliiTITo2f aes^&inräes^aes^W'erKZeugvörTäüTs"angebracht sind.

Die Kanäle 10,1Oa für die Aufwärtsführung des Abraums von der Bohrstirnfläch*» weg kommunizieren mit der ringförmigen Kammer (5), in welcher ein Unterdruck hervorgerufen wird; sie öffnen sioh nahe an der Bohretirnfläbhe über ein zentrales Abfuhrloch (11) und mehrere Abfuhrzwischenlöcher (12).

Die mit der Eohrstirnfläoha in Berührung befindlichen Arbeitszonen bilden bei diesem Aueführungsbeispiel swei ringförmige Flächen oder (8,9). welche durch Radial elemente ά

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Ein Teil des gesamten Bohrflüssigkeitsstroms, der aus den öffnungen (6a) der Abfuhrkanäle (6) nach dem ringförmigen Baum (7) fließt» kann nach abwärts fließen, wie durch die Pfeilrichtung angezeigt; er gelangt bis in die Arbeitszonen und bewirkt deren Bewässerung, indem er den Rillen bzw. Längskanälen (14) folgt, die an der Peripherie des Werkzeugkopfs (2) angebracht sind, sowie den Rillen bzw. Radialkanälen oder Kanälen mit radialer Komponente (15»16), welche die Arbeitsflächen (8,9) durchqueren.

Sei dieser Art der Ausführung der Erfindung wird die Bohrflüssigkeitsmenge, die zwischen den Öffnungen (6a) der Abführkanäle (6) und den Aufzugkanälen (10,10a) verläuft, durch den geringen Querschnitt des freien ringförmigen Raums zwischen der Seitenwand (14&) des Werkzeugkopfs (2) und der seitlichen Wand des Bohrschachtes begrenzt; insbesondere auch durch die breite Berührungsfläche der Arbeitszonen (6,9 und I3) mit der Sohrstirnfläohe entlang des Strömungswegs der Flüssigkeit, die sich entlang der Bohrstirnfläche gegen die Abfuhrlöcher (11,12) ergießt.

Anzahl und Querschnitt der Längskanäle (Η) und der R_adialkanäle (15»16), die in diesen Arbeitszonen vorgesehen sind, werden abhängig von der Flüssigkeitsmenge bemessen, die zwisohen den Öffnungen (6a) und den Abfuhrlöchern (11,12) für die Bewässerung der Bohrstirnfläche ablaufen muß, sowie von dem Druckabfall, den man in den Arbeitszonen gegenüber dem von der Bohrflüssigkeit in der Ringzone (7) des Sohachts auf der Höhe der Öffnungen (6a) geschaffenen hydraulischen Druck zu erhalten wünscht.

Es wird eventuell möglich sein, eine unmittelbare Aufbringung der Spülflüssigkeit auf die Bohrstirnfläche zu erreichen, und zwar mittels Spüllöchern, die in den Arbeitsflächen oder gegen diese, leicht über der Bohrstirnfläche zurückgesetzt vorgesehen sind, wobei diese Öffnungen von den Kanälen(6) aus versorgt werden.

Es wird dann erforderlich sein, diese Spüllöcher von den Löchern (11,12) für die Abfuhr durch Arbeitsflächen zu trennen, weloh letztere eine ausreichend große Berührungsfläche gegen die Bohrstirnfläche haben müssen, um zwisohen den Öffnungen und den Löchern einen "DrückverliTst"" "der Spülflüssigkeit hervorzurufen, der dem Druckabfall entspricht, der in den Arbeitszonen gegenüber dem hydraulischen Druck in den Abfuhrkanälen (6) erzielt werden soll.

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Die Flüssigkeitszufuhr zu diesen Spülöffnungen in der Hähe Der Bohrstirnfläche kann durch Spülkanäle erfolgen, die mit Vorrichtungen zur Begrenzung des Ejiilflüssigkeitsstroms versehen sind, wie etwa Drosseln oder kalibrierte Öffnungen; die Zufuhröffnungen für die Spülflüssigkeit sind mit Schutzgittern ausgestattet, um das Rückspülen von Abraum gegen die Bohrstirnfläche zu verhindern, welch letzterer durch die Aufzugkanäle (10,10a) bis in die Unterdruckzone und von dort durch das Venturi-Rohr bis zu den Zufuhröffnungen der Spülkanäle geführt wird.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Bohrkopf(2) massiv und von im wesentlichen zylindrischer Form·

Es kann jedoch, ohne den Rahmen der Erfindung zu durchbrechen, auch Bohrwerkzeug anderer Form verwendet werden, insbesondere Reibbohrer oder Bohrmeißel mit massivem Kopf aus mehreren selbständigen Radialelementen bei denen in oder nahe bei den Angriffsflächen Kanäle zum Ansaugen des

die getrennt von den Auslauföffnungen der Bohrflüssigkeit angeordnet werden, und zwar durch Berührungs-oder Abschlußflächen am Bohrwerkzeugkopf gegen die Bohrstirnfläche bzw. die Schachtwand, durch welche der Flüssigkeitsstroia zu jenen a^TzüS^afiäxenbegrenzt wird.

Diese Berührungsflächen können wiederum durch die Angriffsflächen gebildet werden, welche die Ansauglöcher der Aufzugkanäle umgeben,

oder aber duroh eigene Abschlußteile, die am Werkzeugkopf zwischen"deni___

oder den ZufuhrÖffnungen für die Bohrflüssigkeit einerseits und jdemj oder den Ansaugöffnungen angebracht werden.

Die Art der Ausführung der Erfindung gemäß Abbildung 1 kann - obgleich sie unter Berücksichtigung der klassischen Bohrvorrichtungen." die in dem Vorwort zu diesen Ausführungen erwähnten Vorteile bietet zuweilen unter bestimmten Geländeverhältnissen Probleme bei der Aufsaugung von A_Draumteilchen usw« verursachen, wenn diese sioh in dem ringförmigen Raum oberhalb des Bohrwerkzeugs ansammeln und wenn deren Abmessungen zu groß sind, als daß sie in die Unterdruckzone(n) an der Bohrstirnfläche angesaugt oder rückgesaugt werden können.

Dieses Problem läßt sich dadurch lösen, daß die Spülung der Bohretirnfläche mit frischer Flüssigkeit (ohne Beimischung von Abraum) unter Verwendung eines Abzweige (bypass) bewirkt wird, wodurch ein

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Teil des durch die Bohrleitung fließenden Flüssigkeitsstroms unmittelbar auf die Bohrstirnfläche gelangt·

In Abb.2 ist ganz sohematisch und ohne jedwede Begrenzung eine Ausführungsart einer Bohrvorrichtung gemäß dieser Erfindung unter Anwendung einer solchen Verzweigungsleitung gezeigt.

Bei dieser Ausführung des Spülvorgangs an der Bohrstirnfläche erfolgt die Ansaugung nicht durch die Kanäle (14) für die Bohrflüssigkeit, welche aus dem ringförmigen Raum (7) oberhalb des Werkzeugs kommt und in der Abraum mitgeführt wird, sondern durch einen Saugkanal für Bohrflüssigkeit, der oberhalb der Unterdruckzone (f>) verläuft, also abraumfreie Flüssigkeit führt. B^ese Flüssigkeit

kann z.B. aus ider__Düse_' (3) durch die Kanäle (17) entnommen

werden, die mit den Öffnungen (17a) an der Seitenwand des Werkzeugkopfs (I4a) ausmünden, und zwar etwas gegen diese Wand eingezogen* Bei dieser Ausführungsart können die vertikalen Kanäle (I4) in ihrem oberen Teil, im wesentlichen auf der Höhe der Öffnungen (17&)# unterbrochen werden.

Die Spülkanäle (17) können auch im wesentlichen auf der Höhe der Bohrstirnfläche ausmünden (wobei dann die Kanäle (I4) wegfallen können), und die Begrenzungsvorriohtungen für die diese Kanäle durchströmende Flüssigkeitsmenge können an diesen Kanälen selbst angebraoht sein.

Es ist jedoch zu beachten, daß die Art der Ausführung eines Abzweigs (bypass) zur direkten Verbringung frischer Bohrflüssigkeit zu der Bohrstirnfläche wie in Abb.2 gezeigt, keinerlei begrenzenden Charakter hat; die Ausführung dieses Abzweigs hat sich nach den technischen Eigenschaften jedes der Bohrwerkzeuge zu richten, die in einer Vorrichtung nach dieser Erfindung verwendet werden können.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Torrichtung mit Flüssigkeitsumlauf zum Bohren von Schächten, die am unteren Ende einer Bohrsäule angebracht werden kann, bestehend aus einem Werkzeugkörper, mindestens einer Bodenangriffsfläche an diesem Werkzeugkörper, die __2-I ^eine Bohrstirnfläche begrenzt * '"_ ι ferner aus Vorrichtungen, durch welche in einem Abschnitt des Körpers der Vorrichtung ein Unterdruck gegenüber dem Druck inder Bohrflüssigkeitsleitung hervorgerufen wird* gekennzeichnet durch die Kombination von mindestens einem Abraum-Aufzugskanal (10,10a) der die erwähnte Bodenangriffsfläche (8,9,13) mit der genannten Unterdruckzone verbindet j ferner durch mindestens einen Rücksaugkanal für die Bohrflüssigkeit (3,4,6), der die genannte Unterdruckzone (5) durchquert und in einen ringförmigen Raum (7) zwischen der Bohrsäule und der Wand des Bohrschachts ausmündet,· ferner durch mindestens eine Öffnung (öaTaußerhalb der genannten Angriffsfläche (9,8,13) und durch Vorrichtungen (14,15) zur Begrenzung des Bohrflüssigkeitsstroms zwischen dieser Öffnung (6a) des Aufzugkanals und der genannten Angriffsfläche.

Vorrichtung gemäß Anspann 1), dadurch charakterisiert, daß sie Vorrichtungen für die direkte Führung von frischer Bohrflüssigkeit von der bohrsäule zu der Borhstirnflache enthält.

Vorrichtung gemäS Anspruch 2), dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Spülkanal (17) für die Angriffsfläche (8,9,13) umfaßt, für welchen die Flüssigkeit oberhalb des Niveaus der genannten Unterdruckzone (5) entnommen wird, wobei der Kanal (17) außerhalb der Angriffsfläche (8,9,13) mündeti ferner gekennzeichnet durch das Vorhandensein von Vorrichturigen zur Begrenzung des Flüssigkeitsstroms zwischen dem Kanal (17) und 'der Angriffsfläche (8,9,13).

Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die öffnung (6a) des Abzugskanals sfch hinter der Angriffsfläche befindet, in Richtung des Werkzeugvorschubs geBehenj und daß die Vorrichtungen zur Begrenzung des Bohrflüssigkeitsstroms eine seitliche Berührungsfläche (14a) das Werkzeugkörpers mit der Wand des Bohrschachts umfassen, und zwar vor der Öffnung.(6a) des Abzugskanals für die Bohrflüssigkeit,

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5· Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 3) und 4)ι dadurch gekennzeichnet, daß der Spülkanal (17) mindestens eine Öffnung (I7a) an der genannten Seitenfläche (14&) des Werkzeugkörpers besitzt.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1), dadurch charakterisiert, daß die Vorrichtungen zur Begrenzung des Bohrflüssigkeitsstroms mindestens eine Kontaktfläche (8,9,13) des Werkzeugkörpers mit der Bohrstirnfläche aufweisen, durch welche die Öffnung (6a) des Abzugskanals im wesentlichen von dem oder den (11,12) Ansaugteil(en) für den Abraum getrennt wird, weloh letztere mit dem Aufsaugkanal (10,10a) in Verbindung stehen.

7. Vorrichtung gemäß ^sprucITuT^dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Berührungsfläche mindetens einen ringförmigen Teil (8,9) hat, der mit der Achse des Geräts konzentrisch ist.

8« Vorrichtung gemäß Anspruch 3), dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Berührungsfläche mindestens einen feil (1J) hat, der zu der Achse des Geräts im wesentlichen radial angeordnet ist.

9« Vorrichtung gemäß Anspruch 3), dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Berührungsfläche des Werkzeugkörpers mit der Wandung des Bohrschachts mit Kanälen (I4) für den Durchlauf der Bohrflüssigkeit von der öffnung (6a) des Abzugskanals zu der Angriffsfläche (8,9»13) und zum Aufsaugkanal (10,10a) versehen ist,

10. Vorrichtung gemäß Anspruoh 1), dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffsfläche (8.9.13) mit Querkanälen (16) für den Durchgang des Abraums versehen ist.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 1), worin die Vorrichtungen zum Herbeiführen eines Unterdrucks eineT Düse (3)_~.UZ~L "^umfassen, der mit der Bohrflüssigkeit 'versorgtT'wird und in einem Venturi-Rohr mündet, das in seiner Verlängerung liegt,- dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsaugkanal für den Abraum (10,10a) mit dem Venturi-Rohr (4) in Verbindung steht.

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