DE1945092A1

DE1945092A1 - Verfahren zum Einbringen einer Verrohrung in ein Bohrloch und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1945092A1
Application number: DE19691945092
Authority: DE
Inventors: Johnson Gary Ralph; Kammerer Jun Archer William
Original assignee: Rotary Oil Tool Co
Current assignee: Rotary Oil Tool Co
Priority date: 1968-10-07
Filing date: 1969-09-05
Publication date: 1970-04-16
Also published as: US3570603A; JPS4938401B1; GB1241107A; FR2020016A1; NL6909124A

Description

4 DÜSSELDORF 1 PATENTANWÄLTE

Malkastenstraße 2 194 5092 DIPL.-ING. ALEX STENGER

Telefon (0211) 36OS14 " DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

Unser Zeichen: lo 255 Datum: ψ- s « j_rt/»o

f H. bep. 196a

ROTARY OIL TOOL CO

Verfahren zum Einbringen einer Verrohrung in ein Bohrloch und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen einer Verrohrung in ein Bohrloch, wobei die Verrohrung sich aus aus Zement hergestellten Rohrfahrten zusammensetzt; die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Wenn eine Bohrung durch mehrere Schichten des Erdreichs hindurchführt, aus denen nutzbares Fördergut gewonnen werden soll, so wird in das Bohrloch eine Verrohrung eingabracht und mit Hilfe derselben das Bohrloch auszenaentiert, um dieses gegen zwischen den einzelnen Abräumzonen liegede Schichten aus Wasser und Sand abzuschirmen. Im Bereich

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Telegramnndrtne: Dib»p»tent · Foixhedckonto Köln 227610

der Abraum- oder Förderzonen kann die Verrohrung perforiert sein; es ist aber auch denkbar, in Höhe der Förderzone die Verrohrung zu zermahlen, wobei dann das Bohrloch mit Hilfe von ausspreizbaren Bohrwerkzeugen vergrößert und der Zement entfernt werden, sodaß die Schicht, aus der gefördert werden soll, freiliegt. Es 1st auch schon vorgeschlagen, die Wasser- und Sandzonen selbst einzuzementieren und dabei die Förderzonen von Zement .freizuhalten. In diesen Fällen 1st die Verrohrung entweder von Anfang an zwischen den Förderzonen perforiert, wobei die Perforierung zu geeigneter Zeit geöffnet wird, oder aber es wird die Verrohrung im Bereich der Förderzonen später perforiert oder zermahlen, wobei ein zum Durchstoßen des Zements geeignetes Werkzeug in das Bohrloch hinabgelassen wird und den Durchmesser desselben vergrößert, sodaß das Nutzprodukt aus der Förderzone leichter in die Verrohrung gelangen kann.

Das Einbringen einer Verrohrung in ein Bohrloch, zum Beispiel in eine Brunnenbohrung, erfordert zahlreiche verschiedene Arbeitsvorgänge für das Zementieren, für deren Durchführung sehr viel Zeit benötigt wird und die deshalb teuer sind; dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Bohrlöcher eine wesentliche Anzahl verschiedener Förderzonen haben, d.h., wenn es beispielsweise fünf Förderzonen sind.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein solches Auszementieren der Bohrlöcher zn vereinfachen und hierbei auch eine Möglichkeit zu schaffen, das zusätzliche Freilegen-der Förderzonen einzusparen. Es soll also zur Durchführung des Verfahrens weniger Zeit benötigt werden, wobei die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung einfach im-Aufbau sein und betriebssicher arbeiten soll. Im übrigen gehört es zur Aufgabe der Erfindung, die Schwierigkeiten und Nachtelle des Standes der Technik zu vermeiden.

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Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird zum Einbringen einer Verrohrung, die sich aus aus Zement hergestellten Rohrfahrten zusammensetzt, erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, dessen Verfahrensschritte darin bestehen, daß bis zu einer bestimmten Aufsetztiefe ein Ankerkopf in das Bohrloch hinabgelassen wird, daß in der Wandung des Bohrloches eine Aufsetzfläohe hergestellt wird, daß auf diese der Ankerkopf aufgelegt wird und daß auf den Ankerkopf ein Zementierschuh abgestützt wird, an dem der zur Herstellung einer Rohrfahrt benötigte Zement austritt. Dabei kann das Herstellen der Aufsetzfläche vor öder nach dem Einbringen eines den Ankerkopf tragenden Bohrgestänges erfolgen. Besonders bei harten Gesteinsschichten kann die Aufsetzfläche vor dem Einbringen des Bohrgestänges in das Bohrloch hergestellt werden. Das Herstellen einer Rohrfahrt kann dann in vorteilhafter und einfacher Weise mit dem aus dem Zementierschuh austretenden Zement jeweils zwischen, zwei Förderzonen erfolgen, wobei es günstig ist, wenn die Aufsetzfläche am oberen Ende des auszuzementierenden Bereichs vorgesehen wird und wenn an dem auf der Aufsetzfläche aufliegenden Ankerkopf eine Zementiervorrichtung aufgehängt ist, die aus einem entsprechend langen Bohrrohr und einem am unteren Ende desselben befestigten Zementierschuh besteht. Bei einem mehrere Förderzone kreuzenden Bohrloch wird dann so vorgegangen, daß die unterste der erforderlichen Rohrfahrten zuerst hergestellt wird und daß dann nach oben hin die weiteren Rohrfahrten anschließen. Ein weiterer Vorteil, den das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht, ist darin zu sehen, daß die Zementiervorrichtung von dem auf der Aufsetzfläche aufliegenden Ankerkopf getragen wird und nicht mehr das zum Ankerkopf herunterführende Bohrgestänge zu belasten braucht. Die auf den Aufsetzflächen aufliegenden Teile des Ankerkopfes, zum Beispiel Bohrwerkzeuge wie Schneidmesser

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oder dergleichen, können in ihrer ausgespreizten Lage verriegelt sein unabhängig davon, daß andere Teile des Ankerkopfes zum Führen und Steuern des Zementes in Richtung auf das Bohrrohr und den Zementierschuh dienen können. Nach dem Fertigstellen einer Jeden Rohrfahrt können diese Teile dann durch Lösen entsprechender Kupplungen aus dem Anker-, kopf heraus und wieder auf das Bohrgestell heraufgezogen werden.

Der zuvor geschilderte Verfahrensabiauf wird dann unter Jeweiliger Anwendung eines Bohrrohres entsprechender Länge nach oben hin wiederholt; man wird meist Ankerköpfe verwenden können, die mit ausspreizbaren Bohrwerkzeugen wie zum Beispiel Sohneidmessern versehen sind, durch die der Ankerkopf dann nach Herstellen der Aufsetzfläche getragen wird. Mit dem Verfahren nach der Erfindung lassen sich mehrere Rohrfahrten sowohl im Anschluß aneinander als auch in einem solchen Abstand voneinander herstellen, daß zwischen den einzelnen Rohrfahrten eine Förderzone freibleibt.

Wenn die vollständige Länge der Verrohrung oder die einzelnen Rohrfahrten fertig zementiert sind und wenn die zuvor genannten Teile des Ankerkopfes aus dem Bohrloch herausgezogen sind, wird am Bohrgestänge ein Bohrer befestigt und in das Bohrloch hinabgelassen, um das einzementierte Bohrrohr und den Zementierschuh zu durchbohren und einen freien Durchgang durch die Verrohrung zu erhalten. Dann wird dieser Bohrer wieder entfernt, und wenn die Verrohrung im Bereich einer Förderzone zwischen zwei Verrohrungsabschnitten erweitert oder die Förderzone freigelegt werden soll, kann ein entsprechendes Bohrwerkzeug hinabgelassen werden.

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Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens wird erfindungsgemäß vorteilhaft so ausgebildet, daß ein Ankerkopf vorgesehen ds t, daß dieser ausspreizbare Bohrwerkzeuge aufweist und daß diese zum Aufsetzen des Ankerkopfes auf der durch die Bohrwerkzeuge hergestellten Aufsetzfläche dienen. Dabei wird die Zementiervorrichtung vorteilhaft am Ankerkopf aufgehängt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in Verfahrensschritten und Merkmalen der von der Erfindung vorgeschlagenen Vorrichtung zu sehen, die ebenso wie weitere Vorteile der Erfindung aus der nachfolgenden Beschreibung eines AusfUhrungsbeispiels hervorgehen. Die Beschreibung des Ausführungsbeispiels erfolgt anhand einer Zeichnung; im einzelnen zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines mit mehreren Rohrfahrten zu versehenden Bohrlochs und der jeweiligen Lage der die Rohrfahrt herstellenden Vorrichtung,

Pig.2 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung in einer zum Herablassen derselben dienenden Betriebslage,

Fig. j5 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht, jedoch mit bereits hergestellter Aufsetzfläche, sodaß der Ankerkopf die Zementiervorrichtung tragen kann,

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht in einer anderen Betriebslage, bei der die Strömungswege für den Zement freigegeben und die Bohrwerkzeuge in ausgespreizter Stellung verriegelt sind,

Fig. 5 eine den Figuren 2, J5 und 4 entsprechende Anäicht, bei der der innere Teil des Ankerkopfs

gegenüber seinem äußeren Teil ausgekuppelt ist und die Bohrwerkzeuge in ihrer ausgespreizten Stellung endgültig verriegelt sind,

Fig. 6 eine Teilansicht der Vorrichtung, bei der der innere Teil des Ankerkopfes in das Bohrrohr herabgelassen ist und bei der die Zuführung des Zements bereits begonnen hat,

Pig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Ansicht, bei der jedoch bereits Strömungswege zum Ausspülen des überschüssigen Zements nach der Fertigstellung einer Rohrfahrt geöffnet sind,

Fig. 8 einen Längsschnitt ähnlich dem der Figuren bis 7 f wobei jedoch der innere Teil des Ankerkopfes entfernt ist,

Fig. 9 einen Querschnitt entlang der Linie 9-9 in Fig. 2,

Fig. Io einen Querschnitt entlang der Linie Io - Io in Fig. 3,

Fig. 11 einen Querschnitt entlang der Linie 11-11 in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt ein Bohrloch D einer Brunnenbohrung mit verschiedenen Förderzonen E, F, G, zwischen denen im Bereich von Bohrrohren A, B und C entsprechender Länge einzelne Rohrfahrten zementiert sind. In den Figuren 2 bis 7 ist dann jeweils nur ein einzelner Verrohrungsabschnitt bestimmter Länge mit der zu seiner Herstellung erforderlichen Vorrichtung dargestellt, die zwischen zwei Förderzonen in das Bohrloch eingebracht ist, zwischen denen eine Rohrfahrt zementiert werden soll.

Die Länge eines Bohrrohres wie zum Beispiel des Bohrrohres A

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kann etwa zwischen 5o und 2oo ra liegen, was von der Entfernung zwischen den Förderzonen E und P abhängt; am unteren Ende des Bohrrohres A ist ein Zementierschuh H befestigt, der einem beliebigen bekannten Typ entspricht und zum Beispiel ein Stopfen-Zementierschuh (bull plug casing shoe) sein kann. Der Zementierschuh H ist am unteren Ende des Bohrrohres A durch ein Gewinde befestigt und weist in seinem Inneren einen nach unten gerichteten Ventilsitz Io auf, auf dem eine unter ihm befindliche Ventilkugel 1 1 aufliegen kann, sodaß der Rückfluß von flüssigem Zement oder anderen Flüssigkeiten verhindert werden kann. Von unten her wird die Ventilkugel 11 durch im Ventilkörper 13 befestigte Haltestifte 12 gehalten. Die durch den Zementierschuh H führende .Hauptöffnung 14 wird durch einen geeigneten Stopfen 15 verschlossen, der auf .den Ventilkörper 13 geschraubt wird; eine durch den Ventilsitz Io nach unten hin durchtretende Strömung kann also nur durch die Austrittsleitungen 16 im Zementierschuh H hindurchtreten und in den Ringraum J des Bohrloches D gelangen. Da der aus dem Zementierschuh H austretende Zement nicht nach unten hin wegfließen soll, ist ein Fangkorb 17 vorgesehen; dieser weist auf den Umfang verteilt angeordnete, sich in Längsrichtung erstreckende Federarme 18 auf, die mit ihren unteren Seiten am Ventilkörper 13 des Zementierschuhs H befestigt sind; die Federarme 18 und ihnen zugeordnete, sich überlappende Federblätter 19 laufen nach oben hin auseinander, sodaß sie an der Wandung des Bohrlochs D anliegen und an dieser entlanggleiten können. Hierdurch kann sich der flüssige Zement vom Fangkorb 17 aus nur am Bohrrohr A entlang nach oben bewegen.

Der Ankerkopf 2o unterteilt sich in einen Ankerkörper 21 und eine Spindel 37. Das obere Ende des Bohrrohres A ist gegen-

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oosmmtn

über der Spindel 37 des Ankerkopfes 2o drehfest befestigt, wobei dieses Teil das Bohrrohr A in seiner ganzen Länge und das diesen umschließende Zementrohr im Ringraum J tragen kann. Das untere Ende des AnkerkBrpers 21 ist mit dem oberen Ende des Bohrrohres A über einen Drehring 22 verbunden, der eine Drehung des Ankerkörpers 21 ohne Drehbeeinflussung des Bohrrohres A zulässt. Der Drehring 22 kann von beliebiger Ausführung sein; in diesem Falle besteht er zum Beispiel aus einer Vielzahl von Kugeln 23, die zwischen sich gegenüberliegende Lagerringe 24 und 25 des Bohrrohres A bezw. des Ankerkörpers 21 eingesetzt sind; dies erfolgt durch eine Radialbohrung 26 im Ankerkörper 21, die durch einen Gewindestopfen 27 verschließbar ist.

Der Ankerkörper 21 trägt mehrere Schneidmesser 28, die in sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitzen 29 des Ankerkörpers 21 angeordnet sind. Jedes Schneidmesser 28 ist mit einem durch dieses und quer über den jeweiligen Schlitz 29 geführten Schwenkzapfen 3o am Ankerkörper 21 schwenkbar befestigt; jedes an seinem Schwenkzapfen 3o hängende Schneidmesser 28 hat ein hinteres Fußstück .31* das sich von der Ablaufkante des Schneidmessers 28 aus erstreckt, um unten die Breite oder wirksame Stärke des Schneidmessers 28 zu vergrößern (Fig. lo). Der obere Teil eines jeden Schlitzes 29 hat oberhalb des Fußstücks 31 eine Breite, die nur wenig größer 1st als die Stärke des Hauptteils des Schneidmessers 28, während der untere Teil des Schlitzes 29 breiter und an die Breite des Fußstücks 31 angepaßt ist, sodaß dieser In seitlicher Richtung nach außen hin durch den Schlitz 29 hindurchtreten kann.

In ihrer Ausgangsstellung nehmen die Schneidmesser 28 eine innere oder eingezogene Lage ein» wie sie in Flg. 2 dargestellt 1st, wobei auch ihre Außenkanten 32 fast ganz inner-

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halb der Umfangslinien des Ankerkörpers 21 liegen. Der innere Teil 33 des Schneidmessers 28 ist dann schräg nach innen und nach unten geneigt. Zu dem Innenteil 33 gehören eine schräge Spreizfläche 34 und ein Anschlag 35, der außen an dem Innenteil 33 und quer zu diesem verlaufend so angesetzt ist, daß die Ausspreizbewegung eines jeden Schneidmessers 28 durch den Eingriff des Anschlages 35 mit der Innenwand des Ankerkörpers Io an einer Seite des Schlitzes 29 begrenzt wird, wie es am besten aus der Pig. Io hervorgeht.

In der eingefahrenen Lage der Schneidmesser 28 erstrecken sich die Innenteile 33 derselben^ durch Schlitze 48 der im Ankerkörper 21 eingesetzten Spindel 37 hindurch. Eine Abwärtsbewegung der Spindel 37 gegenüber dem Ankerkörper 21 wird in der Ausgangslage der Vorrichtung durch mehrere Anschlagstücke 38 verhindert, die durch Bchrägverlaufende seitliche öffnungen 39 im Ankerkörper 21 bis in ein Gegenlager 4o hinein reichen, das sich im Änkerkörper 21 befindet, wobei das Gegenlager 4o eine schrägverlaufende Auflagefläche 41 aufweist, an der das Anschlagstück 38 aufliegen kann. Die Auflagefläche 41 und die untere Seite eines Anschlagstückes 38 sind sowohl nach innen als auch nach außen geschrägt. Die Anschlagstücke 38 werden in ihrer äußeren Lage durch ein in die Spindel 37 eingesetztes Spreizrohr 42 gehalten, das in seiner oberen Ausgangslage in der Spindel 37 durch mehrere Abscherschrauben 43 gehalten wird. In dieser oberen Lage hält das Spreizrohr 42 dieAnschlagstücke 38 in dem Gegenlager 4o fest, wodurch eine Abwärtsbewegung der Spindel 37 im Ankerkörper 21 verhindert wird. Eine Aufwärtsbewegung der Spindel 37 gegenüber dem Ankerkörper 21 wird in dieser Lage durch einen zugeordneten, dehnbaren und geschlitzten Sprengring

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verhindert, der in einer um die Spindel 37 herum verlaufenden äußeren Nut 45 sitzt und dessen obere Seite auf einer nach unten gerichteten Auflagefläche 46 des Ankerkörpers 41 aufliegt.

Das Spreizrohr 42 weist an seinem unteren Ende sich zur Seite hin erstreckende Spreiznasen 47 auf, die mit dem Spreizrohr 42 aus einem Stück hergestellt sind und durch längsgerichtete Schlitze 48 im unteren Teil der Spindel 37 hindurchpeichen. Die Spreiznasen 47 liegen dabei oberhalb des größeren Teiles der Schneidmesser 28, deren Innenteile 33 sich durch die Schlitze 48 hindurch erstrecken, wobei sich jedoch ihre Spreizflächen 34 unterhalb der Spreiznasen 47 befinden, wie es aus Pig. 2 hervorgeht. Die oberen Teile der Schlitze 48 sind nur wenig breiter als es der Stärke der Schneidmesser 28 und der Anschläge 35 entspricht; eine Drehbewegung wird, wie später noch erklärt wird, von der Spindel 37 aus über die Ablaufkanten eines jeden Schlitzes 48 auf die Ablaufflächen des jeweils zugeordneten Schneidmessers 28 übertragen. Wenn sich die Schneidmesser 28 in ihrer eingezogenen Lage befinden, befindet sich eine Sperrhülse 49 innerhalb des Ankerkörpers 21 in ihrer oberen Lage, wie es in Pig. 2 dargestellt ist.

Wenn infolge des Abscherens der oberen Abscherschräuben 43 das Spreizrohr 42 in der Spindel 37 nach unten geschoben wird,gelangen die Spreiznasen 47 mit den Spreizflächen 34 der Schneidmesser 28 in Eingriff und drücken sie nach außen. Während dieses Ausspreizens wird die Bohrleitung P eines Bohrgestänges, an der die Spindel 37 befestigt ist, mit dieser in Drehung versetzt, wobei die Drehbewegung der Spindel 37 direkt auf die Schneidmesser 28 übertragen wird und die untere Ecke 5o der-

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selben gegen das Erdreich gedrückt wird und es wegzuschneiden beginnt. Zu dieser Zeit verbleiben die Bohrleitung P und die Spindel 37 in derselben vertikalen Lage, uid die Schneidmesser 28 werden im Verlauf ihrer eigenen Drehbewegung und der des Ankerkörpers 21 ausgespreizt, wobei sie in das Erdreich eindringen; dies geschieht so lange, bis die Schneidmesser 28 ihre voll ausgespreizte Lage erreicht haben, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, sodaß dann eine nach oben gerichtete Aufsetzfläche R geschaffen ist, auf der die unteren Enden 51 der Schneidmesser 28 und ihre Fußstücke 31 aufliegen. Zu dieser Zeit ist das Spreizrohr 42 um einen Abstand nach unten verschoben, bei dem der obere Ringansatz 52 des Spreizrohres 42 einen unteren Satz von Abscherschrafeben 53 berührt, der in einer bestimmten Entfernung unterhalb der Abscherschrauben 42 angeordnet ist. Diese Abscherschrauben 53 rar;en in sich in Längsrichtung erstreckende Längsnuten 54 a im oberen Teil des Spreizrohrs 42 hinein. Die Spreiznasen 47 aes Spreizrohrs 42 sind nach unten hin an den Spreizflächen 3^ der Schneidmesser 28 vorbeigeschoben, wenn der Ringanstz 5^ auf dem unteren Satz von Abscherschrauben 53 aufliegt; die Innenteile 3> der dann voll ausgespreizten Schneidmesser 28 haben dann einen lichten Innendurchmesser,der nicht kleiner ist als der Außendurchmesjser der Spindel 37.

Das Abwärtssbhieben des Spreizrohrs 42 in der Spindel 37 erfolgt auf hydraulischen Wege. Wenn das Bohrrohr A beim Absenken die der Lage der Aufsetzfläche R entsprechende Lager erreicht hat, wird durch die Rohrleitung P eine Sperrkugel 54 heruntergeworfen oder herunter.gepumpt, die dabei das Ventilrohr 55 eines Umlaufventiles 56 im oberen Teil der Spindel 37 passiert; das Ventilrohr 55 verschließt dabei seitliche Durchlässe 57«

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In dieser, die Ausgangslage darstellenden Schließstellung wird das Ventilrohr 55 durch eine oder mehrere Abscherschrauben 58 gehalten, mit denen es an der Spindel 37 lösbar befestigt ist.Das Ventilrohr 55 ist mit Dichtringen 59 versehen, die zu je einer Seite der Durchlässe 57 an der Spindel 37 anliegen. Die Sperrkugel 54 hat einen kleineren Durchmesser als die durch das Ventilrohr 55 führende Bohrung, sodaß die Sperrkugel 54 durch diese und -durch den Kanal 60 des Spreizrohres 42* hindurchtreten kann, sodaß sie in ihrer unteren Lage dann auf einem Ventilsitz 61 aufliegt. Wenn dies geschieht, sind die oberen Abscherschrauben 43 noch nicht abgeschert und die einzelnenn Teile der Vorrichtung befinden sich in der in Fig. 2 dargestellten Lage. Zu dieser Zeit sind auch die im Spreizrohr 42 vorgesehenen Seitenaustritte 62 noch geschlossen, da sie im Bereich des abdichtenden Teils 63 der Spindel 37 liegen; im übrigen sind Dichtringe 34 an dem Spreizrohr 42 zu jeweils einer Seite der Seitenaustritte 62 angeordnet, die auf der Innenwand der Spindel 37 aufliegen.

Wenn die Sperrkugel 54 auf dem Ventilsitz 61 aufliegt, können die Bohrleitung P und der Innenraum der Spindel 37 mit einem Druck beaufschlagt werden, mit dem man die oberen Abscherschrauben 43 zum Abscheren bringt und mit dem man das Ausspreizen der Schnädmesser 28 bewirkt, während die Bohrleitung P und die Spindel 37 in Drehbewegung versetzt werden, sodaß sich auch die Schneidmesser 28 und der ganze Ankerkörper 21 in der Gesteinsschicht drehen; diese Drehung erfolgt, ohne dass eine entsprechende Drehung des Bohrrohres A verursacht wird, was auf die Anwendung des Drehringes 22 zurückzuführen ist. Wenn die Schneidmesser 28 voll ausgespreizt sind,

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wie es in Pig. 3 gezeigt ist, und wenn der obere Ringansatz 52 auf dem unteren Satz Abseherschrauben 53 aufliegt, sind auch die Seitenaustritte 62 noch geschlossen.

Wenn geprüft werden soll, ob zwischen den Schneidmessern 28 und der Aufsetzfläche R eine ausreichende Tragwirkung besteht, die zum Tragen des Bohrrohres A benötigt wird, wird ein Gewicht bestimmter Größe auf die Bohrleitung P aufgesetzt, wobei die von diesem Gewicht ausgehende Kraft über die Anschlagstücke 38 auf den Ankerkörper 21 des Ankerkopfes 2o und von dort über die Schneidmesser 28 auf die Aufsetzfläche R übertragen wird. Wenn die Aufsetzfläche R dieser Belastung und der durch das Gewicht des Bohrrohres A hervorgerufenen Belastung standhält, wird der Flüssigkeitsdruck in der Bohrleitung P und im Ankerkopf 2o vergrößert, um zu veranlassen, daß das Spreizrohr 42 den unteren Satz von Abseherschrauben 53 abschert und in seine ti^ste Lage innerhalb der Spindel 37 gelangt; in dieser Lage befinden sich die Seitenaustritte 62 auf gleicher Höhe mit den Schlitzen 48 der Spindel.37, und gleichzeitig befindet sich die um den Umfang des Spreizrohres 42 verlaufende Längsnut 54 a auf gleicher Höhe mit den Anschlagstüeken 38 bezw. hinter diesen, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Die Tatsache, daß sich diese Teile in ihrer jeweiligen relativen Lage zueinander befinden, wird einer am oberen Ende des Bohrlochs D stehenden Bedienungsperson dadurch angezeigt, daß durch die Bohrleitung B, die offenen Seitenaustritte 62, die Schlitze 48 und das Bohrrohr A hindurch eine Flüssigkeit strömen kann, die dann durch den Zementierschuh H und aus den öffnungen 16 heraus im Bohrloch D rund um das Bohrrohr A herum nach oben steigt.

Da d_as Bohrrohr A jetzt durch die Schneidmesser 28 ge-

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tragen wird, die auf der Aufsetzfläche R aufliegen, werden die Bohrleitung P und die Spindel JJ Jetzt abgesenkt. Sie AnschlagstUcke 38 kämmen auf den Auflageflächen 41 des Ankerkörpers 21 und werden dabei vollständig aus diesem heraus und nach innen gedrückt, sodaß sie sich innerhalb der Umfangslinien der Spindel JJ befinden und diese für eine Abwärtsbewegung innnerhalb des Ankerkörpers 21 freigegeben ist. Bei dieser Abwärtsbewegung wird der geschlitzte Sprengring 44 von der Spindel JJ nach unten mitgenommen, wobei der Sprengring 44 auf dem oberen Ende der Sperrhülse 49 aufliegt und diese ebenfalls so weit nach unten schiebt, daß sie hinter dem oberen Teil der ausgespreizten Schneidmesser 28 liegt. Gerade kurz vor dem Eingriff der Sperrhülse 49 mit den Spreizflächen ~$k der Schneidmesser 28 erreicht der dehnbare Sprengring 44 eine Lage in Höhe der im Ankerkörper 21 .um diesen herum verlaufenden Nut 7o, wobei der Sprengring 44 sich in diese Nut 7o hinein ausdehnt und dabei die äußere Nut 45 der Spindel JJ vollständig verlässt. Hierdurch wird die Spindel JJ gegenüber dem Ankerkörper 21 und dem Bohrrohr A ausgekuppelt, sodaß sie sich innerhalb des Bohrrohres A nach unten bewegen kann; hierbei hält die Sperrhülse 49 die Schneidmesser 28 in ihrer ausgespreizten Lage, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.

Die Spindel JJ trägt eine nach unten offene Dichtglocke 71 aus elastomere«! Material, die einen dem Innendurchmesser des Bohrrohres A entsprechenden Durchmesser hat; diese Dichtglocke 71 ist in geeigneter Weise unterhalb der Durchlässe 57 an der Spindel JJ befestigt und kann durch den Ankerkörpfcr 21, die Sperrhülse 49 und durch die ausgespreizten Schneidmesser 28 hindurch an der Wand des darunterliegenden Bohrrohres A entianggleiten. Dann werden die Bohrleitung P und die Spindel Jl im Bohrrohr A ab-

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gesenkt, bis die Spindel 37 unmittelbar über dem Zementierschuh H liegt (Pig. 6). Dann kann durch die Bohrleitung P und durch die Spindel 47 Bohrflüssigkeit herabgepumpt werden, die durch die Seitenaustritte 62 und durch die in der Spindel 37 befindlichen Schlitze 48 hindurch in das Bohrrohr A eintritt und dann durch den Ventilsitz Io und durch die Öffnungen 16 im Fangkorb 17 hindurch in den Ringraum J austritt, wonach sie durch diesen nach oben steigt. Dieser Bohrflüssigkeit folgt dann eine geeignete Menge von flüssigem Zement nach, der durch die Bohrleitung P und durch die ganze Vorrichtung hindurchgepumpt wird und der dann durch die Öffnungen 16 im Zementierschuh H austritt; dann steigt der flüssige Zement rund um das Bohrrohr A bis zu den Schneidmessern 28 und dem Ankerkörper 21 nach oben. Die Menge des flüssigen Zements wird in geeigneter Weise so bemesen, daß er nicht die über dem Trichterteil 75 liegende Gesteinsschicht erreichen kann und daß er nicht durch den Trichterteil 75 des Ankerkörpers 12'wieder bis in das Bohrrohr A fließen kann. Am Ende der jeweils zugeführten Zementcharge kann dann ein geeigneter Stopfen 76 in die Bohrleitung P eingeführt werden, der dann oben auf dem Ventilrohr 55 des Umlaufventils 56 aufliegt, woraufhin ein weiteres Austreten von Zement aus dem Bohrrohr A aufhört. Wird dann der Flüssigkeitsdruck in der Bohrleitung P weiter vergrößert, so bringt dieser die Abseherschrauben 58 zum Abreißen, wodurch das Ventilrohr 55 nach unten geschoben wird und zur Auflage auf einem Anschlag 80 der Spindel 37 gebracht wird; hierbei öffnen: sich die Durchlässe 57» sodaß jeder überschüssige Zement im Bohrloch D oder in der Bohrleitung P aus dem Bohrloch herausgespült werden kann. Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, kann durch den Ringraum S zwischen der Bohrleitung P und der Wand des Bohrlochs D eine Spül-

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flüssigkeit in Umlauf gebracht werden, wobei diese Flüssigkeit ebenso wie nachfolgende Bohrflüssigkeiten durch die Durchlässe 57 hindurch in das Innere der Bohrleitung P eintreten und durch diese hinauf bis zum Bohrgestell fließen. Der hinter dem Bohrrohr A im Ringraum J befindliche Zement kann nicht nach unten durch die Öffnungen 16 absacken, da durch den von ihm ausgeübten Druck die Ventilkugel Io auf den Ventilsitz 11 im Zementierschuh H gedrückt wird.

Nach Beendigung des Umlaufs in umgekehrter Richtung oder, falls gewünscht, eines Umlaufs, der durch die Bohrleitung P nach unten und um diese herum wieder nach oben führt, werden die Bohrleitung P, die Spindel J57 und das Spreizrohr 42 aus dem Bohrrohr A und dem Bohrloch D heraus nach oben auf das Bohrgestell gezogen, wobei das Bohrrohr A mit dem um ihn herum abgelagerten Zement in der in Pig. 8 dargestellten Lage zurückbleibt; der durch das Bohrrohr A und den über diesem befindlichen Ankerkörper 21 führende Weg ist dann frei mit Ausnahme des inneren Teils des Zementierschuhs H, der aus einem Material besteht, das leicht herausgebohrt werden kann.

Die nächste Rohrfahrt kann mit einem Bohrrohr B von gewünschter Länge dann begonnen werden, wobei das Bohrrohr B an seinem unteren Ende mit seinem Zementierschuh H und dem Fangkorb 17 versehen ist; an seinem oberen Ende ist es dann am Ankerkörper 21 und der mit dem Spreizrohr 42 versehenen Spindel 37 befestigt, in der sich auch das Ventilrohr 55 befindet; diese Teile befinden sich in der in Fig. 2 dargestellten Lage. Diese ganze Anordnung wird dann in das Bohrloch D eingefahren, bis das Bohrrohr A zwischen der Förderzone F und einer darüberliegenden Förderzone Q liegt. In der zuvor beschriebenen Reihenfolge wird dann

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die Aufsetzfläche I zum Tragen des Bohrrohres B hergestellt; dann wird die Auflage der Schneidmesser 28 auf der Aufsetzflache R geprüft, und anschließend wird die Spindel 37 unter Verriegelung der Schneidmesser 28 in ihrer ausgespreizten Lage vom Ankerkörper 21 abgekuppelt, sodaß dann Zement in das Bohrrohr B hineingebracht werden kann. Anschließend werden die Spindel 37 und das Spreizrohr 42 mit der Bohrleitung P wieder entfernt. In derselben Weise werden andere Rohrfahrten im Bereich des Bohrrohres C und eventueller weiterer Bohrrohre in der Reihenfolge von unten nach oben zwischen den einzelnen Förderzonen zementiert, bis alle Rohrfahrten fertiggestellt sind, wie es in Pig. I schematisch angedeutet ist.

Wenn dies geschehen ist und wenn die Bohrleitung P mit der Spindel 37 und dem Spreizrohr 42 aus dem Bohrloch D entfernt ist, wird am Bohrgestänge ein geeigneter , hier nicht dargestellter Drehbohrer befestigt, der dann in das Bohrloch D abgesenkt und in Drehung versetzt wird, sodaß der innere Teil aller Zementierschuhe H und aller anderen Teile herausgebohrt werden kann, die sich noch in den Bohrrohren angelagert haben. Wenn dies geschehen ist, werden der Drehbohrer und das Bohrgestänge aus dem Bohrloch D entfernt. Dann kann, was hier nicht dargestellt ist, ein mit ausspreizbaren Bohrwerkzeugen versehenes Gerät zum Erweitern des BchnLochdurchmessers an der Bohrleitung P befestigt und in das Bohrloch D abgesenkt werden, wobei dann seine ausgespreizten Bohrwerkzeuge im Bereich der jeweils zwischen zwei Rohrfahrten liegenden Förderzonen den Durchmesser des Bohrlochs D vergrößern. Anschließend kann dann die weitere Ausrüstung des Brunnens vollständig in die Rohrfahrten eingebaut werden, zum Beispiel Stopfbuchsenpackungen oder dergleichen.

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Aus vorstehendem wird ersichtlich, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen wurden, mit denen in geeigneter Weise jede beliebige Länge einer zwischen den Förderzonen einzubringenden Verrohrung hergestellt werden kann, wobei das Zementieren so ausgeführt wird, daß das Bohrloch im Bereich der Förderzonen E, F und G nicht auszementiert wird. Es kann also eine Abdichtung gegen wasserführende Sandschichten und dergleichen erhalten werden, wobei die Herstellungsbereiche dieser Abschirmung in bekannter Weise durch die Anwendung einer hier nicht dargestellten anderen Ausrüstung voneinander getrennt sind. Es ist nicht mehr erforderlich, irgendeine Perforation der Verrohrung herzustellen, im Bereich der Förderzonen eine unnötige Verrohrung einzubringen oder die Verrohrung in diesen Bereichen zu zerstören, wenn eine oder mehrere Förderzonen freigelegt werden sollen.

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Einbringen einer Verrohrung in ein Bohrloch, wobei die Verrohrung sich aus aus Zement hergestellten Rohrfahrten zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu einer bestimmten Aufsetztiefe ein Ankerkopf (2o) in das Bohrloch (D) hinabgelassen wird, daß in der Wandung des Bohrlochs (D) eine Aufsetzfläche (R) hergestellt wird, daß auf diese der Ankerkopf (2o) aufgelegt wird und daß auf de:,. Ankerkopf (2o) ein Zementierschuh (H) abgestützt wird, an dem der zur Herstellung einer Rohrfahrt benötigte JEement austritt.

2. Verfahren nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkopf (2o) in Drehung versetzt wird, daß auf ihm angeordnete Bohrwerkzeuge (Schneidmesser 28) zur Seite hin ausgespreizt werden und daß die Bohrwerkzeuge· (Schneidmesser 28) die Aufsetzfläche (R) in die Wandung des Bohrloches (D) hineinschneiden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ankerkopf (2o) zugleich ein an diesem aufgehängter Zementierschuh (H) in das Bohrloch (D) hinabgelassen wird und daß zumindest ein Teil des über diesem liegenden Ankerkopfes (2o) gedreht wird, während der Zementierschuh (H) festgehalten wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ankerkopf (2o) ein hydraulischer Druck zugeführt wird, der zum Ausspreizen der Bohrwerkzeuge (Schneidmesser 28) dient.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkopf (2o) an einer zum Bohrgestänge gehörenden Bohrleitung (P) hinabgelassen wird und daß ein innerer Teil (Spindel 37) des Ankerkopfes (2o) nach dem Zementieren einer Rohrfahrt herausgezogen wird, während ein äußerer Teil (Ankerkörper 21) auf der Aufsetzfläche (R) verbleibt.

6. Verfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil (Spindel 37) des Ankerkopfes (2o) vor dem Beginn des Zementierens im äußeren Teil (Ankerkörper 21) desselben zunächst ein Stück abgesenkt wird und dadurch Strömungswege (Seitenaustritte '62) für den Zement freigegeben werden, daß dann durch die Bohrleitung (P) und durch den inneren Teil (Spindel 37) Zement in den Ringraum (J) zwischen der Wandung des Bohrloches (D) und einem Bohrrohr (A) gedrückt wird, an dem der Zementierschuh (H) am Ankerkopf (2o) aufgehängt ist.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement vom Ankerkopf (2o) aus durch das Bohrrohr (A) bis in den Zementierschuh (H) und von diesem aus an der Außenwand des Bohrrohres (A) nach oben gedrückt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Schneiden der Aufsetzfläche (R) dienende

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Drehbewegung von der Bohrleitung (P) aus über den inneren Teil (Spindel 37) des Ankerkopfes (2o) auf den äußeren Teil (Ankerkörper 21) desselben und von diesem auf die Bohrwerkzeuge (Schneidmesser 28) übertragnen wird und daß auch währenddessen von oben her ein hydraulischer Druck auf den Ankerkopf (2o) ausgeübt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der innere Teil,(Spindel Jf) desAnkerkopfes (2o) bis im. den unteren Teil des Bohrrohres (A) abgesenkt wird und daß von dort aus der Zement in den Zementierschuh (H) gedrückt wird.

10. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß ein Ankerkopf (2o) vorgesehen ist, daß dieser ausspreizbare Bohrwerkzeuge (Schneidmesser 28) aufweist und daß diese zum Aufsetzen des Ankerkopfes (2o) auf der durch die Bohrwerkzeuge (Schneidmesser 28) hergestellten Aufsetzfläche (R) dienen.

11. Vorrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß am Ankerkopf (2o) eine Zementiervorrichtung (Bohrrohr A, Zementierschuh H) aufgehängt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zementiervorrichtung (Bohrrohr A, Zementierschuh H) gegenüber einem Teil des Ankerkopfes (2o) drehbeweglich aufgehängt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkopf (2o) in einen äußeren Ankerkörper (21) und in eine innen liegende Spindel (3?)unterteilt

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und dass letztere an einer Bohrleitung (P) befestigt ist, wobei die Spindel (37) eine von der Rohrleitung (P) ausgehende Drehbewegung auf den AnIe rkörper (21) überträgt.

14. Vorrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (37) Spreiznasen (47) aufweist, die bei einer Abwärtsbewegung mit Spreizflächen (34) der Bohrwerkzeuge (Schneidmesser 28) in Eingriff gelangen und diese ausspreizen.

15· Vorrichtung nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß in das Innere der Spindel (37)' ein Spreizrohr (42) in Längsrichtung verschiebbar eingesetzt ist und daß das Spreizrohr (42) von der Bohrleitung (P) her mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkörper (21) an seinem unteren Ende mit Schlitzen (29) versehen ist, in dem die ausspreizbaren Bohrwerkzeuge (Schneidmesser 28) angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß zur übertragung eines in axialer Richtung wirkenden Druckes zwischen Spindel (37) und Ankerkörper (21) AnschlagstUcke (38) vorgesehen sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlags tu cke (38) federnd nachgebend.,angeordnet sind und bei Überschreiten eines bestimmten Druckwertes eine Abwärtsbewegung der Spindel (37) zulassen.- ν_;:. :--'■.

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19. Vorrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die ausspreizbaren Bohrwerkzeuge (Schneidmessern 28) in ihrer ausgespreizten Lage verriegelbar sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19# dadurch gekennzeichnet, daß hierzu eine Sperrhülse (49) dient, die durch die Abwärtsbewegung der Spjtadel (37) mitgenommen und vor den Innenteilen (33) der ausgespreizten Bohrwerkzeuge (Schneidmesser 28) eingerastet wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die AnschlagstUcke (38) in der Ausgangslage der Spindel (37) in Öffnungen (39) der Spindel (37), auf der Außenwand des Spreizrohres (42) lose aufliegend, eingesetzt sind und sich in eine im Ankerkörper (21) befindliche Gegenlagerung (4o) erstrecken.

⁰⁰. Vorrichtung nach Anspruch I5 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizrohr (42) an seinem Umfang Längsnuten (54a) aufweist, in die die AnschlagstUcke (38) hineingedrückt werden, nachdem das Spreizrohr (42) inder Spindel (37) ein Stück nach unten gedrückt wurde, wobei die Anschlagstücke (38) eine Längsbewegung zwischen Spreizrohr (42) und Spindel .(37) blockieren.

23. Vorrichtung nach Anspruch I5 ,dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizrohr (42) in Höhe der die ausspreizbaren Bohrwerkzeuge (Schneidmesser 28) aufnehmenden Schlitze (29) des Ankerkörpers (21) Spreiznasen (47) aufweist, die durch die S hlitze (29) hindurch das Ausspreizen der Bohrwerkzeuge (Schneidmesser 28) bewirken.

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24. Vorrichtung nach Anspruch .15, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizrohr (42) ixi seinem Inneren einen Ka.-nal (6o) mit einem nach unten hin führenden Auslass aufweist, daß dieser Auslass einen Ventilsitz (61) hat und daß dieser mit einer durch die Bohrleitung (P) zugeführten Sperrkugel (54) verschliessbar ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizrohr (42) aus dem Kanal (60) herausführende Seitenaustritte (62) aufweist, die durch die Spindel (37) zunächst verschlossen und nach Zurücklegen einer bestimmten Abwärtsbewegung des Spreizrohres (42) durch in der Spindel (37) befindliche Schlitze freigegeben werden.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß dies dieselben Schlitze wie die Schlitze (29) sind, in denen die ausspreizbaren Bohrwerkzeuge (Schneidmesser 28) angeordnet sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (29) die Seitenaustritte (62) des Spreizrohres (42) erst dann freigeben, wenn die Spindel (37) bereits ein. Stück in das Bohrrohr (A) hinein abgesenkt ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Spindel (37) eine Dichtglocke (71) angeordnet ist, die auch zur Abdichtung zwischen der Spindel (37) und dem Bohrrohr (A) dient.

29. Vorrichtung nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrhülse (49) in einer oberen Stellung

der Spindel (37) durch einen Sprengring (44) in axialer Richtung gehalten wird, der duröh die Innenwand des Ankerkörpers (21) zusammengedrückt wird. 009816/0401

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30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Abwärtsbewegung der Spindel (37) der Sprengring (44) in die Höhe einer im Ankerkörper (21) befindlichen Nut (7o) gelangt, in die der Sprengring (44) durch eigene Federkraft eingreift.

31. Vorrichtung nach Anspruch 3o, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengring (44) Jetzt nur durch den Ankerkörper (21) getragen wird, dabei immer noch die Sperrhülse (49) an einer Aufwärtsbewegung hindert und mit der Spindel (37) nicht mehr in Eingriff steht.

32. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagstücke (38) von den Längsnuten (54a) vollständig aufgenommen werden und die Spindel (37) in axialer Richtung freigeben.

33. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Abwärtsbewegung des Spreizrohres (24) inßer Spindel (37) durch Abscherschrauben (43) gesperrt ist, die bei Erreichen eines bestimmten Druckwertes abscheren und eine erste Abwärtsbewegung freigeben, und daß diese erste Abwärtsbewegung durch weitere Abscherschrauben (53) begrenzt wird, die in die Längsnuten (54a) hineinragen und sich während dieser Abwärtsbewegung von der Unterseite der Längsnuten (54a) an ihre als Anschlag dienende Oberseite bewegen.

34. Vorrichtung nach Anspruch I5 und 33* dadurch gekennzeichnet, daß während dieser Abwärtsbewegung das Ausspreizen der Bohrwerkzeuge (Schneidmesser 28) durch die an dem Spreizrohr (42) befestigten Spreiznasen (47) erfolgt.

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35. Vorrichtung nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, daß durch weitere Druckerhöhung die Abscherschrauben (53) ebenfalls abgeschert werden und eine zweite Stufe der Abwärtsbewegung der Spreizhülse (42) freigegeben wird und daß während dieser zweiten Stufe die Längsnuten (54a) in die Höhe der Anschlagstücke (38) gelangen, wobei am Ende dieser zweiten Stufe die An-■ schlagstücke (38) eine weitere Längsbewegung des Spreizrohres (42) in der Spindel (37) blockieren und gleichzeitig eine Längsbewegung der Spindel (37) gegenüber dem Ankerkörper (21) freigeben.