DE19718897A1

DE19718897A1 - Doppelwandgestänge für das Herstellen von geologischen Bohrungen

Info

Publication number: DE19718897A1
Application number: DE1997118897
Authority: DE
Inventors: Hermann Beckert
Original assignee: Pumpenboese Stahl & Co KG GmbH
Current assignee: Pumpenboese Stahl & Co KG GmbH
Priority date: 1997-05-03
Filing date: 1997-05-03
Publication date: 1998-11-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Doppelwandgestänge, welches insbesondere bei der Herstellung von Bohrbrunnen angewendet wird. Mit Hilfe des Doppelwandgestänges wird über einen Ringraumquerschnitt Druckluft beim Niederbringen der Bohrlöcher gepreßt. Das Bohrklein auf der Bohrsohle wird dann mit einem Wasser-Luft-Gemisch (Verwendung von Grundwasser) über das innere Rohr nach oben transportiert. Die Erfindung bezieht sich speziell auf zwei konzentrisch zueinander angeordnete Rohrsysteme, einem Innen- und einem Außen rohrsystem.

Beim Bohren von Brunnen wird das Lufthebebohrverfahren, auch Airlift genannt, angewendet. Dieses Verfahren basiert auf dem Mammutpumpenprinzip, wonach Luft bis unterhalb des Grundwasserspiegels gepreßt wird, die hier in das Innere des Gestänges eintritt, dort nach oben steigt und Wasser mit sich nimmt. Dieses erzeugt den Spülstrom innerhalb des Gestänges nach oben. Diese Spülungsart wird als Linksspülung oder Umkehrspülung (Reverse Circulation) bezeichnet. Kennzeichnend für diese Spülung ist der gleichmäßige Spülstrom der Bohrspülung (meist anstehendes Grundwasser), welcher vom Bohrdurchmesser weitgehend unabhängig ist.

In den letzten Jahren hat die Hammerbohrtechnik mit Imlochhämmern (Unterflurhämmern) auch im Brunnenbohren immer mehr Anwendung gefunden. Dieses Verfahren des Hämmerdrillbohrens ist ein Rechtsspülbohren mit Luftspülung.

Um die Vorteile des Hämmerdrillbohrens mit denen des Linksspülbohrens zu paaren, wurden Lufthebebohrhämmer (Reverse Circulation Hammer) entwickelt.

Sie benötigen zum Antrieb im Bohrloch ein doppelwandiges Gestänge mit folgenden Eigen schaften:

- druckdicht bis 25 bar im Innen- und Außenrohrsystem
- kegelige Gewindeverbindung für ein schnelles und sicheres Stangenwechseln
- großer leitender Ringraumquerschnitt des Doppelwandschraubgestänges für eine verlustarme Leitung der Druckluft.

Bei einer Analyse des Standes der Technik bezüglich der konstruktiven Lösung der Doppel wandgestänge ist folgendes festzustellen.

Gemäß Patentschrift DE 41 14 601 C1 wird eine Kupplung für ein doppelwandiges Gestänge vorgeschlagen. Die Enden der Außenrohre sind mit kegligem Gewinde versehen. Die Kupplung dient zur Verbindung der einzelnen Abschnitte eines Bohrgestänges. Wesentliches Element dieser technischen Lösung ist ein zentrales Verbindungsrohrstück, welches im Bereich der Kupplung das Innenrohr ersetzt. Außerhalb des Kupplungsbereiches ist das Innenrohr an die Kupp lungsenden angeschweißt. Aufgabe dieser Erfindung soll es sein, daß möglichst eine ungehinderte Strömung in beiden Richtungen erfolgen kann. Weiterhin soll nach dem Öffnen der Kupplung (kegelige Gewindeverbindung lösen) das zentrale Verbindungsrohrstück herausnehmbar sein, um den Kupplungsbereich leicht reinigen zu können.

Es ist weiterhin ein Doppelrohrgestänge mit Gewindeverbindung bekannt, das insbesondere bei Rotationsbohrungen nach dem Lufthebebohrverfahren zur Anwendung gelangt. Es wird hierzu auf die Patentschrift DD 217 682 A3 verwiesen. Die Aufgabe dieser Erfindung besteht hauptsächlich darin, ein Bohrgestänge so auszubilden, daß im Bereich der Gewindeverbindung bessere mechanische und strömungstechnische Eigenschaften erreicht und das Außen- und Innenrohr in die Kraftübertragung einbezogen werden. Das wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Verbinderteile - Verbinderzapfen und Verbindermuffe - an den Enden des Innenrohres und die Konterflächen, in Form von Stützringen an den Enden des Außenrohres angeordnet und beide Rohre im Bereich der Verbinderteile durch Lochschweißung derart miteinander verbunden sind, daß zwischen den Verbinderteilen und der Wandung des Außenrohres ein durchgehender, ringförmiger Kanal verbleibt, der einen ungehinderten Luft- oder Spülungsdurchtritt ermöglicht. Die so hergestellte kraftschlüssige Verbindung gewährleistet eine sichere Übertragung von Dreh- und Schlagkräften und ermöglicht die Verwendung normaler dünnwandiger Rohre für das Außen- und Innenrohr.

Weiterhin soll noch auf die Offenlegungsschrift DE 35 40 870 A1 verwiesen werden. Diese Erfindung betrifft einen Gewinde- oder Steckverbinder für die Tiefbohrtechnik, der es erlaubt, drei unterschiedliche Medien im Verbinder zu fördern. So wird zum Beispiel beim Betreiben eines Imloch-Bohrhammers die Abluft des Bohrhammers getrennt von der Zuluft (Arbeitsluft) und getrennt vom Wasser nach oben in die Atmosphäre abgeleitet. Der Gewinde- oder Steckverbinder besitzt Bypassringe mit Ventileinrichtungen. Die zentrale Durchgangsöffnung, d. h. der Querschnitt des Innenrohres soll durch Bypässe und Ventile nicht verringert werden. Mehrere Kanäle, die um das Zentralrohr angeordnet sind, bewirken zusammen mit Bypässen und Ventilen die Förderung verschiedener Medien in unterschiedliche Richtungen.

Die hier angesprochenen Vorrichtungen bzw. Verfahren erfüllen unter Bezugnahme auf die jeweilige Aufgabenstellung mehr oder weniger ihren Zweck. Im konkreten Anwendungsfall zeigt sich jedoch häufig, daß die technischen Lösungen den bereits vorher genannten grundlegenden Anforderungen, die an das doppelwandige Gestänge gestellt werden, nicht entsprechen. Das erfindungsgemäße Doppelwandgestänge soll diesen Anforderungen grundsätzlich gerecht werden. In bezug auf die Aufgabenstellung soll weiterhin hervorgehoben werden, daß das Doppelrohrwandgestänge gute strömungsmechanische Eigenschaften aufweisen soll und dementsprechend ein großer wirksamer Querschnitt ohne größere Einengungen vorliegen muß. Weiterhin soll eine rationelle Werkstattfertigung möglich sein, und es soll jeder Rohrstrang anschlußbereit zur Baustelle geliefert werden. Im Bedarfsfall muß es möglich sein, bei Reinigungs- bzw. Wartungsarbeiten das Innenrohr mit geringem Aufwand aus dem Außenrohr zu entfernen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst, wobei hinsichtlich der grundlegenden Gedanken, die das Doppelwandgestänge betreffen, auf den Patentanspruch 1 und bei der weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung auf die Patentansprüche 2 und 3 verwiesen wird.

Die erfindungsgemäße Konstruktion besteht aus zwei ineinander geschraubten Rohren, dem Außenrohr und dem Innenrohr. Das Außenrohr besitzt an den Enden kegeliges Außen- und Innengewinde und dichtet im zusammengeschraubten Zustand unter Verwendung eines Dichtringes nahe der Gewindeschulter (Konterfläche). Dazu ist das kegelige Außengewinde am Auslauf hinterdreht, so daß der Dichtring hier bleibend plaziert werden kann.

Das kegelige Innengewinde des Außenrohres geht nach der Verschraublänge der Verbindung in ein zylindrisches Gewinde absatzlos über. Dieser Gewindebereich dient zur Aufnahme und Fixierung des Innenrohrsystems.

Das Innenrohrsystem besteht aus einer Steckmuffenverbindung, welches sich beim Verschrauben der Doppelwandschraubstange drehend ineinander steckt. Zur Aufnahme des Gummidichtringes besitzt der Steckzapfen außen eine umlaufende Nut mit rechteckigem Querschnitt.

Dieses Innenrohrsystem mit Steckmuffe, Innenrohr und Steckzapfen wird über einen verschweißten Gewindering im zylindrischen Gewindeteil der Gewindemuffe des Außenrohrsystems fixiert.

Der Gewindering besitzt bogenförmige Durchbrüche für die Ringraumleitung. Am Zapfenende weist das Innenrohr mehrere aufgeschweißte Abstandshalter auf, die ein gewisses Spiel zum Innendurchmesser des Zapfens besitzen und somit beim Verschrauben ein geführtes Zusammenstecken des Steckzapfens in die Steckmuffe gewährleisten.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In den zugehörigen Figuren zeigen:

Fig. 1 axialer Schnitt eines Doppelwandgestänges

Fig. 2 Ansicht des Doppelwandgestänges gemäß Fig. 1 von oben und mit Halbschnitt A-A.

Bezugszeichenliste

1

Außenrohr

2

Innenrohr

3

Ringraumquerschnitt

4

Muffe des Innenrohres

5

Zapfen des Innenrohres

6

kegeliges Außengewinde des Außenrohres

7

kegeliges Innengewinde des Außenrohres

8

zylindrischer Teil des Innengewindes vom Außenrohr

9

Gewindering mit Außengewinde

10

Durchbrüche im Gewindering

11

feste Verbindung (Schweißnaht) zwischen Gewindering und Innenrohr

12

Schlitz im Gewindering

13

Schraube im Gewindering

14

Abstandshalter

15

Dichtring für kegeliges Gewinde

16

Dichtring für Steckmuffenverbindung

Gemäß Fig. 1 ist ein Doppelwandgestänge dargestellt, wobei die Abschnitte des Bohrgestänges beim Niederbringen der Bohrung aneinandergefügt werden. Bei dem Bohrverfahren, für welches man Doppelwandgestänge benutzt, wird die Druckluft in den Ringraumquerschnitt 3 beim Niederbringen der Bohrlöcher gegeben. Das Bohrklein auf der Bohrsohle wird dann mit einem Wasser-Luft-Gemisch (Verwendung von Grundwasser) durch das Innenrohr 2 nach oben transportiert.

Das erfindungsgemäße Doppelwandgestänge besteht aus einem Außenrohr 1 und einem Innenrohr 2. Das Außenrohr ist mit einem kegeligen Außengewinde 6 und kegeligen Innengewinde 7 versehen. Ein einfaches Verschrauben der Abschnitte des Rohrgestänges ist damit gegeben. Das Innenrohr 2 hat an seinen Enden eine Muffe 4 und einen Zapfen 5. Beim Verschrauben der Außenrohre 1 ergibt sich durch die Muffe 4 und den Zapfen 5 des vorherigen bzw. nachfolgenden Abschnittes des Bohrgestänges während des Zusammenfügens eine druckfeste Steckmuffenverbindung.

Die konzentrische Lage und Fixierung des Innenrohres 2 im Außenrohr 1 ist durch einen Gewindering 9 und Abstandshalter 14 gewährleistet. Das kegelige Innengewinde 7 geht in einen zylindrischen Teil 8 über. Der Gewindering 9 ist einerseits mit dem Innenrohr 2 durch eine Verbindung 11 (Schweißnaht) fest verbunden, während andererseits zwischen Gewindering 9 und zylindrischen Teil 8 des Innengewindes des Außenrohres 1 eine Schraubverbindung hergestellt ist.

Der Gewindering ist auf einem begrenzten Teil seines Umfanges mit einem Schlitz 12 versehen, so daß beim Anziehen der Schraube 13 eine Klemmwirkung zwischen dem Gewindering 9 und dem Innengewinde des Außenrohres 1 erzielt wird.

Wie schon erwähnt, soll über den Ringraumquerschnitt 3 die Einleitung der Druckluft mit möglichst geringen Druckverlusten erfolgen. Dementsprechend besitzt der Gewindering 9 große bogenförmige Durchbrüche 10. Hierzu wird auf Fig. 2 verwiesen.

Die Abstandshalter 14 weisen ein gewisses Spiel zur Innenwand des Außenrohres 1 auf. Somit ist beim Verschrauben der Außenrohre ein geführtes Zusammenstecken des Zapfens 5 und der Muffe 4 zu einer druckfesten Steckmuffenverbindung gewährleistet.

Das kegelige Außengewinde 6 besitzt im Gewindeauslauf eine Nut für einen Dichtring 15.

Der Zapfen 5 besitzt eine Nut mit rechteckigem Querschnitt zur Aufnahme des Dichtringes 16 für die Steckmuffenverbindung.

Es kann festgestellt werden, daß mit dem erfindungsgemäßen Doppelwandgestänge der vorher genannten Aufgabenstellung voll entsprochen wird.

Claims

1. Doppelwandgestänge für das Herstellen von geologischen Bohrungen, insbesondere für die Herstellung von Bohrbrunnen, wobei jeder Abschnitt eines Bohrgestänges ein Außenrohr und konzentrisch dazu angeordnet ein Innenrohr aufweist und das Außenrohr mit kegeligen Gewindeenden versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) im Außenrohr (1) unter Verwendung eines Gewinderinges (9) derart plaziert ist, daß der Gewindering (9), der mit Durchbrüchen (10) versehen ist und Außengewinde aufweist, einerseits mit dem Innenrohr (2) fest und unlösbar verbunden ist und andererseits mit dem zylindrischen Teil (8) des Innengewindes vom Außenrohr (1) eine Schraubverbindung darstellt und daß weiterhin an den Enden des Innenrohres (2) eine Muffe (4) und ein Zapfen (5) so angeordnet sind, daß während des Zusammenschraubens der Außenrohre (1) sich mit Muffe (4) und Zapfen (5) des vorherigen bzw. des folgenden Rohrabschnittes eine druckfeste Steckmuffenverbindung ausbildet.

2. Doppelwandiges Bohrgestänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindering (9) in einem eng begrenzten Teil seines Umfanges mit einem Schlitz (12) versehen ist, so daß mit dem Anziehen der Schraube (13) eine Klemmwirkung zwischen dem Gewindering (9) und dem Innengewinde des Außenrohres (1) erfolgt.

3. Doppelwandiges Bohrgestänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Innenrohr (2) Abstandshalter (14) angeordnet sind, die sich nahe dem Zapfenende des Innenrohres (2) befinden und ein gewisses Spiel zum Innendurchmesser des Außenrohres (1) aufweisen.