DE1807611A1

DE1807611A1 - Bohrsonde,insbesondere fuer Unterwasserbohrungen

Info

Publication number: DE1807611A1
Application number: DE19681807611
Authority: DE
Inventors: Tissier Jean-Michel Marie
Original assignee: PLONGEURS AUTONOMES FRANCAIS S
Current assignee: PLONGEURS AUTONOMES FRANCAIS S
Priority date: 1967-11-07
Filing date: 1968-11-07
Publication date: 1969-06-12
Also published as: FR1568803A; US3533478A; NL6815899A

Description

Bohrsonde, insbesondere für Unterwasserbohrungen

Die Erfindung betrifft eine Bohrsonde, insbesondere für Unterwasserbohrungen mit einem Chassis aus einem Galgengerüst, das fest mit einem Sockel verbunden ist, der über Füße auf dem Boden, insbesondere auf dem Meeresboden aufruht, weiter mit einem das Bohrgestänge drehenden Drehtisch, mit einer beispielsweise gewindespindelförmigen Treibvorrichtung für das Eintreiben des Bohrgestänges und des Bohrkopfes in den Boden, mit einer Vorrichtung zum Verschrauben bzw. Lösen von Gestängezügen und schließlich mit einer Vorrichtung für das Hochziehen von Bohrgestänge und Bohrkern.

Die Erfindung stellt eine Verbesserung einer Maschine dar, die in der französischen Patentanmeldung Nr. P.V. 69 042 vom Juli 1966 vorgeschlagen wurde. Diese Patentanmeldung hat den Titel "Verfahren für Unterwasserbohrungen und Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens*¹.

In dieser Patentanmeldung ist ausgeführt, daß man für Unterwasser bohrungen üblicherweise eine Bohranlage benützt, wie

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sie auch auf dem Land benützt wird. Die Bohranlage wird dabei auf einen schwimmenden Träger aufgesetzt, der durch Anker über dem anzubohrenden Boden unbeweglich in Stellung gehalten wird. In der erwähnten Patentanmeldung ist angegeben, daß eine derartige Technik mit großen Schwierigkeiten verbunden ist. In der Tat sind die mit der bekannten Technik erzielbaren Ergebnisse wenig zufriedenstellend und werden völlig unbefriedigend, wenn der .boden in einem Abstand unter der Wasseroberfläche oder tiefer liegt, der höchstens 30m oder 50m beträgt.

Im Gegensatz zur für Unterwasserbohrungen bekannten Bohr technik ist in der erwähnten Patentanmeldung eine völlig neue Bohrtechnik vorgeschlagen, nach der das Bohren mit Hilfe einer Anlage durchgeführt wird, die unter Wasser arbeitet und unmitte bar auf dem anzubohrenden Boden verankert ist. Die Maschine wird unter Wasser einfach durch Taucher gesteuert und erhält die benötigte Energie von einem Boot, das ander Wasseroberfläch über der Bohrstelle verankert und mit der Bohrmaschine über biegbare Speiseleitungen verbunden ist.

Nach der erwähnten Patentanmeldung war die Bohranlage dabei noch nach dem Vorbild der bekannten Bohranlagen aufgebaut, die lediglich für das Arbeiten unter Wasser umgebaut und für eine Energieversorgung durch Druckluft eingerichtet wurde.

Nach der Erfindung soll eine derartige Maschine verbessert werden, wobei eine neue Konzeption für die Bohran- ■ lage eine besonders anpassungsfähige und einfache Arbeit unter Wasser ermöglichen soll, durch die insbesondere die Arbeit der Taucher weitgehend eingeschränkt wird. Die Taucher hauen danach nur noch das ordnungsgemäße Funktionieren der Anlage zu überwachen, die überdies eine besonders hohe Arbeitsgeschwindigkeit

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ermöglicht.

Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß verschiedene Teile der Anlage, wie Drehtisch, Treibspindel, Sockelfüße und Klemmvorrichtung für das Bohrgestänge durch ein hydraulische^ Druckmittel betätigt sind, das Hydraulikmotoren und hydraulische Winden speist. Die Druckflüssigkeit wird von einer Hydraulikzentrale geliefert, die beispielsweise aus einem Dieselmotor besteht, der eine Pumpe antreibt, deren Ausstoliniengen und Ausstoßdruck veränderlich sind. Die Zentrale ist an .Bord eines schwimmenden Trägers angeordnet, der über der bohrsteile verankert ist. Der gleiche Dieselmotor treibt vorteilhafterweise auch eine Stopfpumpe, die die Schmierung des Bohrgestänges während des Bohrens sicherstellt. Weiter treibt der Dieselmotor einen Niederspannungsgenerator für die erforderlichen Steuerunge und die Ausleuchtung der Unterwasserbohrstelle. Die Bohranlage nid die Zentrale sind über geschmeidige Kabel und über geschmeidige Hohlleiter verbunden. Kabel und Hohlleiter sind derart ausgelegt, daß sie durch Schnellverschlüsse rasch verlängert werden können. Dabei sind auf den verschiedenen Kreisen Sperrventile vorgesehen, die Verluste an Hydraulikflüssigkeit und ebenso Wassereintritte verhindern, die sonst bei zufälligem Bruch der Hohlleiter möglich wären.

Wach einem anderen Merkmal der Erfindung sind vorteilhafterweise die an der Bohrsonde benützten Hydraulikmotoren Motoren mit veränderlicher Drehzahl. Die Drehzahl kann dabei von einigen Bruchteilen einer Umdrehung pro Minute bis zu mehreren 100 oder 1000 Umdrehungen pro Minute gehen.

Kann man die Funktion der verschiedenen Hydraulikmotoren hinsichtlich Drehzahl und Drehmoment unabhängig voneinander

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regeln und tritt im hydraulischen Steuersystem der verschiedenen Motoren keine plötzliche Änderung ein, so kann man mit der.· neuartigen Bohranlage jede beliebige Bohrung in jedem beliebigen Erdreich mit besten Erfolgsaussichten durchführen. Man vermeidet insbesondere die Gefahr des Abscherens des Bohrgestänges, sowie eines Verkeilens oder Durchgehens der Motoren. Ebenso ist die · Gefahr des Blockierens des Bohrgestänges vermieden.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung sind alle drehenj-_ den Teile und alle Steuerungen der Anlage in das hydraulische Druckmittel eingetaucht. Dadurch ist jedes unerwünschte Eindringen von Wasser und insbesondere von korrodierendem Meerwasser in die Maschine vermieden, deren lebensdauer ebenso wie die Lebensdauer ihrer verschiedenen Teile damit beträchtlich verlängert ist.

Nach einem weiteren Merkmal sind insbesondere für den Drehtisch und für die translatorische Bewegung der Treibspindel eigene Motoren vorgesehen. Dadurch sind während des Bohrens bzw. während der Bohrkerngewinnung die Rotations- und Translations-Bewegungen des Bohrkopfes unabhängig voneinander steuerbar. Je nach der Art des Bohrgrundes können deshalb die beste Drehzahl und die günstigste Vorschubgeschwindigkeit gewählt werden. Man vermeidet so insbesondere ein Verklemmen des Bohrkopfes oder ein vorzeitiges Brechen der Bohrkronen.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung hat die Anlage drei Tragfüße, die je für sich angehoben oder abgesenkt werden können, und zwar je mit Hilfe eines eigenen und unabhängig ge- ' steuerten Hydraulikmotors. Es ist deshalb nach dem Absetzen der Anlage auf dem anzubohrenden Boden sehr einfach, die Anlage genau horizontal zu stellen. Es genügt dafür, die Füße des Drei-

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fußes jeweils anzuheben oder abzusenken. Ist die Anlage in Stellung, so werden die Füße vorzugsweise verankert. Das kann durch jedes geeignete Mittel, wie Bohrstangen usw. geschehen.

Erfindungsgemäß kann das Galgengerüst relativ zum Sockel verschwenkt werden, so daß es mit der Senkrechten einen gewissen Winkel bildet. Diese Bewegung wird beispielsweise durch ein hydraulische Winde gesteuert, wobei das Galgengerüst am Sockel über eine im wesentlichen horizontale Achse angelenkt ist. Das erlaubt ein rasches Ausziehen des Kabel-Bohrlochprobennehmers mit Hilfe einer Kopfhaspel, die auf diese Weise automatisch vertikal über dem Bohrloch zentriert wird. Die Schwenkamplitude des Galgengerüstes, die vorab einstellbar ist, stellt ein solches Zentrieren der Haspel automatisch sicher. Die Arbeit des Anhebens der Bohrkerne ist so äußerst rasch durchführbar.

Erfindungsgemäß ist weiter die Treibspindel des Bohrgestänges über Kugelköpfe an ihren beiden Enden gelenkig angebracht, so daß eventuelles Spiel nachgestellt werden kann, Abweichungen von der Ausfluchtung zugelassen sind und die Treibspindel immer unter den besten Bedingungen arbeitet.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Vorrichtung für das Festklemmen des Bohrgestänges einen hydraulischen Schraubstock auf. Die Arbeit des Kolbens wird so weitesi gehend verringert. Das umso mehr, da vorteilhafterweise oberhalb des Klemmschraubstockes ein Führungsschraubstock angeordne ist, der beispielsweise handbetätigt ist. In einer weiter verbesserten Ausgestaltung kann das Zuführen des Bohrgestänges völlig automatisch ausgestaltet sein.

Erfindungsgemäß ist das Chassis der Anlage zumindest teilweise aus abgedichteten Kassettenträgern hergestellt, die mit einem Druckmittel, beispielsweise Bit einer Flüssigkeit

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gefüllt sind. Diese steht vorzugsweise unter dem gleichen Druck der in der Umgebung als hydrostatischer Druck herrscht. Man erhält so bei minimalem Transportgewicht eine maximale Festigkeit und Dauerhaftigkeit auf dem Meeresboden.

Wach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist schließlich der Kurbelzapfen für das Verschrauben des Bohrgestänges so angeordnet, daß er in einer translatorischen Gleitbewegung einen gewissen Meg auf dem Mitnehmerkopf des Gewindegestänges zurücklegen kann, mit dem er drehschlüssig verbunden ist. Beispielsweise bildet der Kurbelzapfen einen Zylinder und das Ende des Mitnehmerkopfes einen Kolben. Das Ganze ist so während des Verschraubens und Losschraubens von Gestängezügen eine Dämpfvorrichtung. Zerstörungen der Gewinde am Stangenzug, die sonst insbesondere beim Losschrauben auftreten, sind so vermieden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sieh aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeich nung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen

Fig. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Bohrsonde,

Fig. 2 einen Aufriß und

Fig. 3 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Anlage zum Erläutern der Anlenkung des Galgengerüstes und der Funktion der Füße,

Fig. 4 schematisch eine Prinzipskizze des Dreh- und Treibantriebs für den Mitnehmerkopf des Gestängezuges,

Fig. 5 in größerem Maßstab den Drehtisch und die Treibvorrichtung für den Mitnehmerkopf des Gestängezuges,

Fig. 6 und 7 Schnitte bei den Linien VI-VI und VII-VII von Fig. 5, -7-

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Fig. 6 eine Schnittansicht des Klemmschraubstocks für den Gestängezug,

Fig. 9 eine Seitenansicht des gleichen Schraubstocks, und Fig.10 und 11 schematische Prinzipskizzen zum Erläutern der Funktion der Dämpfvorrichtung mit Kolben für das Aufziehen des G-estängezuges.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Bohrsonde. Diese weist ein Chassis aus einem Galgengerüst 20 auf, das fest mit einem Sockel 21 verbunden ist. Dieser ist als Dreifuß ausgebildet und ruht auf dem Boden über Füße 22 auf. Die Bohrsonde hat weiter einen Drehtisch 23, eine Treibvorrichtung 24 mit einer Treibspindel 2b und eine Klemmvorrichtung in Form eines Schraubstocks 2b für den nicht dargestellten Gestängezug. Das Chassis der Anlage besteht vorteilhafterweise aus dichten Kassetten, die mit einer Druckflüssigkeit gefüllt sind. Eine nicht dargestellte beliebige bekannte Vorrichtung, wie ein Stickstoff-Reservoir, hydraulische Akkumulatoren, eine von der Oberfläche her bedienbare oder automatische Steuerung, die auf den Wasserdruck anspricht, od. dgj.. kann benützt werden, um im Inneren der Kassetten einen Druck aufrechtzuerhalten, der im wesentlichen dem in der Umgebung der Anlage herrschenden hydrostatischen Druck gleich ist. Ein Zusammendrücken der Kassetten wire so vermieden, und der Anlage wird gleichzeitig ein beträchtliches und für den Bohrvorgang günstiges Gewicht gegeben. Trotzdem hat die Vorrichtung ein geringes Transportgewicht, da die Kassetten entleert werden können. Gegebenenfalls können die Kassettenträger auch als Ballast ausgebildet sein.

Auf Fig. 1 ist zu erkennen, daß jeder Fuß 22 eine Stützfläche 27 aufweist, über die er sich am Meeresboden abstützt.

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Die Stützflächen 27 sind vorteilhafterweise jeweils über eine Rolle gelagert, die fest mit einer Gewindestange 28 verbunden .· ist, die ihrerseits an Drehungen gegen den Sockel 21 gehindert ist.. Das geschieht durch eine in der Gewindestange 2b vorgesehene Längsnut 29, der ein nicht gezeigter fest mit dem Sockel 21 verbundener Zapfenvorsprung entspricht. In der Nähe jedes der Füße 22 ist ein Hydraulikmotor 30 vorgesehen, der ein nicht gezeigtes Ritzel antreibt, das innerhalb eines Gehäuses 31 mit einer nicht gezeigten Mutter kämmt, die sich auf der Gewindestange 28 verschraubt und so die translatoris'che Auf- und Abbewegung der Füße 22 steuert. Jeder Fuß 22 kann so unabhängig von den anderen Füßen angehoben ader abgesenkt werden, indem man einfach den Hydraulikmotor 30 steuert. Durch entsprechende Einflußnahme auf die Steuerung jedes der Hydraulikmotoren 3o kann., so der Sockel 21 auf Meeresboden mit beliebigen Relief korrekt in Stellung gebracht, d.h. horizontal gehalten werden. ·

Die Stützflächen 27 sind vorteilhafterweise abnehmbar ode austauschbar ausgebildet. Geeignete Stützflächen werden je nach der Art des gerade vorgefundenen Bodens an der Maschine angebracht.

Um eine ordnungsgemäße Lage der Bohrsonde sicherzustellen kann beispielsweise ein Pendel vorgesehen sein, das die genaue· Vertikale angibt und vor einem Zeiger zu liegen kommen muß. Auße dem sieht man drei Steuerknöpfe für die Hydraulikmotoren 30 vor, die ein genaues Anheben oder Absenken der Füße ermöglichen. Sobald die Anlage richtig in Stellung gebracht ist, betätigt der' die Anlage überwachende Taucher eine Sicherheitsvorrichtung, die die Hydraulikmotoren 30 verriegelt und gleichzeitig die Betätigung der BohrSteuerungen freigibt, die sonst verriegelt sina

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Auf diese Weise werden Unfälle vermieden, die beispielsweise durch Schwanken der Anlage während des Bohrens möglich wären, wenn die Maschine schlecht in Stellung gebracht worden wäre. Each dem ordnungsgemäßen Instellungbringen der Anlage verankert man die Füße in der fiegel zusätzlich, und zwar beispielsweise durch Bohrstangen, die die Stützflächen 27 in entsprechenden Offnungen durchsetzen.

Fig. 1 zeigt weiter auf dem Drehtisch 23 einen Hydraulik motor 32 für den Drehantrieb eines Mitnehmerkopfes 33 für den Gestängezug. Nähere Einzelheiten werden weiter unten insbesonde bei Beschreibung der Fig. 5 erläutert werden. Der Drehtisch is auf einen Schlitten 34 aufgebaut, der vertikal an Schienen 35 geführt ist, die am Galgengerüst 20 befestigt sind. Die Führung; rollen des Schlittens 34 sind beispielsweise in den Fig. 1 und 2 zu erkennen.

Eine Treibvorrichtung steuert die Treibspindel 25, die weiter unten anhand von Fig. 5 noch näher beschrieben wird. Die Treibvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Antriebs motor 36 (vgl. die Figuren 2 und 5), der ein Ritzel 37 mitnimmt das in Eingriff mit einer Mutter 3b steht, die sich auf der Treibspindel 25 verschraubt. Die Treibspindel ist in einem Käfig drehfest gehalten. Um zu verhindern, daß sich die Treibspindel 25 dreht, wobei die Treibspindel aber gleichzeitig für Translations-Bewegungen frei sein soll, ist sie beispielsweise mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Sperrnuten 39 versehen, die mit nicht dargestellten Nasenzapfen zusammenwirken, die fest am Galgengerüst 20 angebracht sind.

Fig. 1 zeigt weiter einen Hydraulikmotor 40 für den An- ' trieb einer Haspel 41, deren Aufgabe unten anhand der Fig. 2 .

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und 3 noch naher, erläutert wird.

Andererseits ist über dem hydraulischen Schraubstock 26 für das Klemmen des Gestängezuges auf Fig. 1 ein handbetätigter Führungsschraubstock 42 zu erkennen, der es dem die Anlage bedienenden Taucher möglich macht, die Anlage rasch und mit hohem Wirkungsgrad mit den verschiedenen aufeinanderfolgenden S.tangen des Gestängezuges zu versorgen.

.Die Fig. 2 und 3 zeigen, wie das Galgengerüst 20 in zwei Zapfen 43 um eine horizontale Achse schwenkbar angelenkt und mit Hilfe einer hydraulischen Winde 44 um einen bestimmten winkel a relativ zur Vertikalen z^sz schwenkbar ist. Der Winkel a ist automatisch durch den Hub der Winde festgelegt, der vorteilhafterweise einstellbar ist. Der Winkel ist so festgelegt, daß in der in Fig. 3 gestrichelt angedeuteten verschwenkten lage ein EoIx ö 45 für das Aufziehen des Kabels der Haspel 41 genau senkrecht über dem Bohrloch zu liegen kommt, Auf diese Weise genügt es für das Ausziehen einer Bohrlochprobe nach der Bohrkerngewinnung das Galgengerüst 20 nach hinten zu verschwenken, den an einem Kabel aufgehängten Auszieher mit Hilfe der Haspel 41 ablaufen zu lassen und ihn anschließend mit dem Bohrlochprobennehmer wieder heraufzuziehen. Die Haspel 41 kann auch benützt werden, wenn einmal ein rasches Aufziehen des Gestängezuges erforderlich ist.

Alternativ kann man das Galgengerüst 20 auch relativ zum Sockel 21 derart um eine vertikale Achse drehbar ausbilden, daß für einen bestimmten Winkel die fteibspindel 25 dem Bohrloch gege. überliegt, während in mindestens einer anderen Winkelstellung die Rolle 45 der Haspel 41 genau über dem Bohrloch zu liegen kommt. In beiden Fällen können die verschiedenen Bohr-, Sondier- und Bohrkerngewinnungs-Arbeitsgänge vereinfacht und schneller

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durchgeführt werden.

Fig. 2 zeigt überdies strichpunktiert den links auf der Figur gezeigten einen Fuß 22 in abgesenkter Lage, wie er sie beispielsweise einnimmt, wenn die Anlage au| einem starkhangige Boden eingesetzt wird.

Auf der gleichen Figur ist auch wieder der Drehtisch 23 mit seinem Führungsschlitten gezeigt, und zwar in der untersten möglichen Lage auf den Schienen 35. Strichpunktiert ist bei 23* auch die obere Jfixtremlage für den Dehtisch angedeutet.

Anhand der Fig. 4 und 5 soll nun die Funktion des Drehtisches 23 und der Treibvorrichtung 24 näher erläutert werden.

Fig. 4 zeigt das Funktionsprinzip. Der hydraulische Antriebsmotor 36 nimmt ein Kitzel 37 mit, das seinerseits ein aus der hutter 3b bestehendes Ritzel bei der Drehung mitnimmt. Die Mutter 3c> verschraubt sich auf der Treibspindel 25. Diese ist relativ zum Chassis, also relativ zum Galgengerüst 20 mit Hilfe der in Fig. 1 gezeigten Sperrnuten 39 und eines Nasenzapfens drehfest gelagert, der fest mit dem Chassis verbunden ist und in der Sperrnut gleitet. Die Itehbewegung des Antriebsmotors 36 führt zu einer Drehung der Mutter 3ö und übersetzt sich demnach an der Treibspindel 25 in eine je nach dem Drehsinn des Antriebsmotors 3b nach oben oder nach unten gerichtete translatorische Bewegung. Auf Fig. ^lj ist zu erkennen, daß Axial lager 4b und 47 die Mutter 3b gegen Translation festhalten, dabei aber ihre Drehung erlauben. Die Axiallager 4b und 47 sind in einem Aufhängurigsgehäuse 4b der Treibvorrichtung angeordnet. Das Aufhängungsgehäuse 4ü ist über eine Anlenkung 49 schwenkbar mit dem Gaigerigerüst 2ü verbunden. Weiter ist es fest mit einer Holle 5ü verbunden, die in zwei halbkugeligen Lagern 51 und 52 sitzt, die mit dem Galgengerüst fest verbunden sind. Die

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Treibspindel 25 durchsetzt die Holle 50 und die Lager 51 und 52 frei.

Die von der Treibvorrichtung 24 auf die Treibspindel 25 übertragene Schubkraft hat eine Hückwirkung auf den Drehtisch 23, den sie je nach der Steuerung anheben oder absenken will.. Die Schubkraft der Treibspindel 25 wird dem Drehtisch über eine Holle 53 übertragen, die zwischen zwei halbkugeligen Halblagern 54 und 55 angeordnet ist. Die aus den beiden lagern 54 und 55 bestehende Anordnung ist selbst fest mit dem Gehäuse 56 des Drel· tischs verbunden. Der Behtisch 23 verschiebt sich längs der Schienen 35 in vertikaler Hichtung und wird dabei durch die beiden Schlitten 34 geführt, die jeweils vier seitliche Führungsrollen 57 und- zwei Längs-Führungsrollen 5ö aufweisen.

Der üehtisch weist den Hydraulikmotor 32 auf, .der ein fiitzel 59 antreibt, das einen Zahnkranz 60 dreht, der mit dem.· Verschraubungszapfen/des Gestängezuges fest verbunden ist. Der Zahnkranz 60 ist, wie das auf Fig. 5 zu erkennen ist, im Gehäuse 56 unter Zwischenschaltung von zwei Hollenlagern 62 und 63 drehbar gelagert, die eine Übertragung der Stoßkräfte ermöglichen.

Die hier oben beschriebene Vorrichtung aus Drehtisch und Treibvorrichtung weist folgende wesentliche Kennzeichen auf;

Die Treibvorrichtung 24 und der Drehtisch 23 können unabhängig voneinander durch ihnen jeweils einzeln zugeordnete Hydraulikmotoren 36 und 32 gesteuert werden. Dadurch erhält man zunächst einen stoßfreien Betrieb und somit verbesserte Bohrbedingungen. Da man weiter zu jedem Moment sowohl die Drehzahl des Gestängezuges als auch den Treibdruck auf dem Gestängezug regeln kann, ist mit dieser Vorrichtung weiter die Anwendung neuer Betriebstechniken möglich. So ist beispielsweise bei Durcl

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dringungsversuchen die Möglichkeit gegeben, unabhängig voneinander und fortlaufend die Kraft an der Spitze und die Gesamtkraft der Durchdringung abzulesen. Dadurch wird das Ausnützen der Maschine bedeutend erleichtert.

Weiter erlaubt die Montage der treibspindel über zwei Rollen bzw. Kugelköpfe ein gewisses Abweichen von der Ausfluchtung und eine Nachstellung des Spiels, was für die Funktion der Anlage günstig ist. Die gelenkige Anordnung der Treibvorrichtung 24 auf dem Galgengerüst 20 wirkt mit der Montage der Treib spindel 25 mit den beiden Kugelköpfen zusammen.

Anhand der Fig. 5, 6 und 7 soll nun der Mitnehmerkopf 33 des Gestängezuges näher erläutert werden. Der Mitnehmerkopf des Gestängezuges besteht im wesentlichen aus dem Zahnkranz 60 und dem Verschraubungszapfen 61, auf dem sich die verschiedenen Bohrgestänge verschrauben. Am Ende der Nabe des Zahnkranzes 60 ist ein Kolben 64 verschraubt, der gleitend im zylindrischen Innenraum 65 des Verschraubungszapfens 61 angeordnet ist. Eine Krone 66 ist mit Hilfe von acht Bolzen 67 auf die zylindrische Seitenwand des Yerschraubungszapfens 61 aufgeschraubt und begrenzt so den Hub des Kolbens 64 im Innenraum 65. Die Nabe 60* des Zahnkranzes 60 und der Verschraubungszapfen 61 sind durch einen Keil 68 drehschlüssig verbunden, der durch zwei Schrauben 69 an der Nabe des Zahnkranzes 60 befestigt ist.

Der Mitnehmerkopf des Gestängezuges arbeitet wie folgt:

Während des Bohrens wird der Zahnkranz 60 über das Ritzel 59 vom Hydraulikmotor 32 in Drehung versetzt und von der Treibspindel vorgetrieben, die auf das Gehäuse 56 über das Rollenlager 63 einwirkt. Die Nabe des Zahnkranzes 60 stößt so gegen die Krone 66, die oben am Verschraubungszapfen 61 ange- ·

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ordnet ist. Vorzugsweise wird dafür ein Verschleißring vorgesehen, der in der Figur nicht gezeigt ist und über den die Treibkraft an den Verschimibungszapfen weitergegeben wird» Der Verschleißring bewirkt gleichzeitig die Abdichtung zwischen dem feststehenden Gehäuse 56 und der sich drehenden labe des Zahnkranzes 60. Bei diesem Bohren unter Vortrieb ist der mit der Nabe 60* fest verbundene Kolben 64 am Boden des Innenraums 65 angeordnet, wie das in Figo 5 gezeigt ist. Die Drehung wird dem Verschraubungszapfen 61 über den Teil 68 übertragen, wie das bereits beschrieben wurde.

Soll der Verschraubungszapfen vom Gestängezug abgeschraub werden, beispielsweise wenn eine Verlängerung vorgenommen werden soll, so entlastet man die Vorschubkraft auf die Treibspindel 2-j Mud läßt diese leicht ansteigen.. Damit steigt auch der Kolben 64 im Innenraum 65 an. Auf Fig. 10 ist die beim Vortrieb eingenommene Stellung im größeren Maßstab schematisch dargestell Im gleichen Maßstab zeigt Fig. 11 die angehobene Stellung. Dabei wurde der Kolben 64 als mit der Nabe 60* des Zahnkranzes 60 einstückig gezeichnet, und ebenso wurden aus Einfachheitsgründen die Krone 66 und der Verschraubungszapfen 61 zu einem einzigen Stück zusammengezogene Auf diese Weise kann die Funktion der einzelnen Teile besser erkannt werden.

Nach Unterbrechung der Vortriebsbeaufschlagung der Treibspindel 25 kann der Verschraubungszapfen 61 von dem nicht dargestellten Gestängezug gelöst werden, indem man den Drehsinn des Hydraulikmotors 32 umkehrt.

Vorteilhafterweise ist die Anlage so ausgebildet, daß diese Drehrichtungsumkehr nur möglich ist, wenn der hydraulische Schraubstock 26 (vgl. Fig. 1) für das Verklemmen des Gewindegestänges vorher in Klemmstellung gebracht wurde. Dafür ist eine -15-

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hydraulische Sicherheitskupplung zwischen die Umkehrsteuerung des Hydraulikmotors 32 und die Klemmsteuerung des Schraubstock 26 eingeschaltet.

Ist der Schraubstock 26 in Klemmstellung, so wird der Drehsinn des Hydraulikmotors 32 umgekehrt, wodurch der Verschraubungszapfen vom Gestängezug abgeschraubt wird. Dabei steigt er ein wenig an, was durch ein Gleiten des Verschraubung! zapfens 61 auf dem Kolben 64 selbst dann möglich ist, wenn die Ir-eibspindel 25 nicht gleichzeitig auf Anheben gesteuert wird. Auf diese Weise läuft man nicht Gefahr, das Gewinde am Gestänge zug zu zerstören, wie das bei den bekannten Vorrichtungen häufig der Fall war, bei denen das Ansteigen der Treibspindel mit dem Lösen der Gewindestangen synchronisiert werden mußte und das trotz der verschiedenen Steigung des Gewindes der Treibspindel und des Gewindes am Gestängezug.

Es ist hier darauf hinzuweisen, daß der verwendete Bohrschlamm unter Druck durch die hohle Treibspindel 25 in den Gestängezug geschickt wird und insbesondere in dem Innenraum 65 zwischen Kolben 64 und Verschraubungszapfen 61 als hydraulische Dämpfung wirkt, die sich auf das Losschrauben des Gestängezuges noch weiter günstig auswirkt.

Die Fig. 8 und 9 zeigen eine besonders geeignete Ausführung des hydraulischen Schraubstocks 26. Dieser weist zwei Bakken 7ü und 71 auf, die durch zwei hydraulische Winden 72 und 73 betätigt sind. Einer der Vorteile dieser Vorrichtung ist die einfache Benützung und Steuerung, die sogar eine Automatisierung ermöglicht.

Wie das oben erwähnt wurde, sind vorteilhafterweise alle bewegten Teile der Anlage in 01 oder eine andere Flüssig-

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keit eingetaucht und in dichten Kassetten eingeschlossen. Die Arbeit der Dichtverbindungen ist dadurch auf ein Minimum herabgedrückt, daß man im Inneren einen Hydraulikdruck verwendet, der im wesentlichen .dem äußeren hydrostatischen Druck gleich ist.

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Vorteilhafterweise kann der Innendruck etwas höher der hydrostatische Außendruck gewählt werden. Das Gleichgewicht der Druck kann beispielsweise automatisch dadurch erzielt werden, daß man den Druckflüssigkeitsammelbehälter an Bord des Schwimmträgers nimmt, auf dem die Energieversorgung angeordnet ist. Dadurch kommt der Druckmittelsammelbehälter etwas höher zu liegen als de Wasserspiegel. Verwendet man eine Druckflüssigkeit mit etwa der Dichte des Wassers,, so erhält man automatisch ein Druckgleichgewicht. Eventuell kann insbesondere während des Stehens der Anlage für den gesamten Hydraulikkreis ein leichter Überdruck vorgesehen werden» Man sorgt beispielsweise dafür, daß an jedem Punkt ein leichter Überdruck von etwa 0,5 Bar der Hydraulikflüssigkeit über den Druck des umgebenden Wassers vorliegt.

Die beschriebene Bohrsonde kann selbstverständlich auch für Bohrungen zu Land verwendet werden.

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Claims

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Patentansprüche ϊ

1. Bohrsonde, insbesondere für Unterwasserbohrungen mit einem Chassis aus einem Galgengerüst, das fest mit einem Sockel verbunden ist, der über Füße auf dem Boden aufruht, weiter mit einem das Bohrgestänge drehenden Drehtisch, mit einer beispiels weise gewindespindelförmigen Treibvorrichtung für das Eintreiben des Bohrgestänges und des Bohrkopfes in den Boden, mit einer Vorrichtung zum Verschrauben bzw. Lösen von Gestängezügen und schließlich mit einer Vorrichtung für das Hochziehen von Bohrgestänge und Bohrkern, dadurch gekennzeichnet, daß verschie. dene Teile der Anlage, wie Drehtisch (23), Treibspindel (25), Sockelfüße (22) und Klemmvorrichtung (26) für das Bohrgestänge durch ein hydraulisches Druckmittel betätigt sind, das Hydraulikmotoren (30,32,36,40) und hydraulische Winden (44,72,73) speist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikmotoren (32,40) Motoren mit veränderlicher Drehzahl sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl zwischen Bruchteilen einer Umdrehung pro . Minui und mehreren hundert oder tausend Umdrehungen pro Minute veränd« lieh ist.

4.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Drehtisch (23) für den translatorischen Vortrieb der Treibspindel (25) und für jeden der vorzugi weise drei Tragfüße (22) der Anlage ein eigener Motor vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Galgengerüst (20) aus der Vertikalen UK. einen Winkel ausschwenkbar am Sockel (21) angebracht ist, dal

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für das Steuern äer Schwenkbewegung eine hydraulische Winde (44) vorgesehen ist und daß das Galgengerüst (20) am Sockel (21) über eine horizontale Achse (43) angelenkt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Galgengerüst (20) relativ zum Sockel (21) um eine senkrechte Achse drehbar ist«,

7. Vorrichtung nach einem-der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibspindel auf an sich bekannte Weise durch eine üßhmutter (38) und eine Vorrichtung zum Sperren von Drehbewegungen der Treibspindel vertikal in eine Translationsbswegung gebracht wird, daß die Treibspindel (25) mit dem Drehtisch (23) über einen Kugelkopf (53) verbunden ist und daß die Treibspindel (25) an ihrem oberen, im. Galgengerüst (20) gs-

vpQ) führte: Snde ebenfalls einen Kugelkopfdurchsetzt.

δ. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb für die sich auf der Treibspindel (25) verschraubende Mutter (38), die mit einem den Drehantrieb bewirkenden Ritzel (37) eines Hydraulikmotors (36) in Eingriff steht, in ein Gehäuse eingesetzt ist, das am Chassi der Anlage beispielsweise um eine horizontale Achse schwenkbar angelenkt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fuß eine Gewindestange (28) aufweist, die gegen Drehung verriegelt und in Translationsbewegung durch einen Antriebsmotor (30) mit Mutter gesteuert ist, wobei die" Steuerung für jeden Fuß ähnlich der Steuerung der Treibspindel (25) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung für den Gestängezug einen hydraulischen Schraubstock (26) aufweist» -1¹-)-

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage mindestens teilweise aus dichten Kassettenträgem aufgebaut ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kassettenträger mit einem Druckmittel, beispielsweise mit einer Druckflüssigkeit, gefüllt sind, die vorzugsweise unter einem Druck gehalten ist, der gleich dem hydrostatischen Umgebungsdruck ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurc! gekennzeichnet, daß der Verschraubungszapfen (61) des Gestängezuges mit dem Mitnehmerkopf (33) des Gestängezuges drehschlüssig verbunden und für einen gewissen Hub translatorisch gleitbar angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch .gekennzeichnet, daß der Verschraubungszapfen (61) einen Zylinder bildet und daß das Ende des Mitnehmerkopfs (33) als mit diesem während des Losens insbesondere für den Gestängezug eine Dämpfungsvorrichtung darstellender Kolben ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Sicherheitsvorrichtungen vorgesehen sind, die ein Bohren bei nichtverriegelten Füßen der Anlage, ein Losschrauben und Zurückziehen des Gestängezuges vor dem Verklemmen des Gestängezuges durch den Schraubstock und dem Lösen der Treibspindel in angehobener Lage od. dgl. nicht zulassen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß alle drehenden Teile und Steuerungen in Ölbad oder einer vergleichbaren Flüssigkeit liegen, die vorzugsweise unter einem Druck gehalten ist, der den Druck des umgebenden Wassers um 0,3 Bar übersteigt.

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17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Schraubstock für das Verklemmen des Gestängezuges ein Führungsschraubstock (42) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Füße (22) mit austauschbaren und verschwenkbaren Stützflächen versehen ist, deren Form je nach der Art des vorgefundenen Bodens gewählt ist.

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