DE19731517C1

DE19731517C1 - Vorrichtung zur Steuerung eines Bohrgestänges

Info

Publication number: DE19731517C1
Application number: DE19731517A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Wahrmann; Olof Dipl Ing Dahle; Werner Dr Vorhoff
Original assignee: DMT-GESELLSCHAFT fur FORSCHUNG und PRUEFUNG MBH 45307 ESSEN DE; DMT GmbH and Co KG
Current assignee: Deutsche Montan Technologie GmbH
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: ATE253683T1; EP0893571B1; EP0893571A3; EP0893571A2; DE59810062D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Bohrgestänges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 41 04 992 C2 be kannt. Bei dieser Vorrichtung ist eine exzentrische Führung im vorderen Bereich, d. h. im ersten Rohr des Außengestänges vorgesehen. Das Bohrgestänge kann durch Drehen dieser exzen trischen Führung jeweils in eine Lage gebracht werden, die notwendig bzw. gewünscht ist für die Richtungskorrekturen beim Abweichen des Bohrkopfes von der vorgesehenen Richtung. Dazu wird das Außengestänge entsprechend um den notwendigen Betrag gedreht, wodurch sich gleichzeitig auch die exzen trische Führung dreht, die damit das Bohrgestänge in die neue vorgesehene Lage bringt. Auf diese Weise kann der ge wünschte Bohrlochverlauf hergestellt und der bisherige Bohr lochverlauf korrigiert werden.

Bei dieser Vorrichtung muß auch bei gerader Bohrlochführung eine Steuerung erfolgen.

In der DE 29 11 419 C2 wird eine Vorrichtung zum richtungs gesteuerten Herstellen von Bohrlöchern in Lockergestein durch Materialverdrängung offenbart, bei dem die Spitze des Bohrkopfes exzentrisch versetzbar angeordnet ist. Bei dieser Vorrichtung wird das Bohrloch durch Materialverdrängung hergestellt. Eine Rotation des Bohrkopfes und somit ein drehendes Bohren ist nicht möglich.

Aus der WO 96 05 402 AI ist eine Vorrichtung zum richtungs gesteuerten Herstellen von Bohrlöchern bekannt, bei der mittels einer Gleitmuffe mit Steuerungskeilen der Bohrkopf bis zu einem vorbestimmten Winkel verstellt werden kann. Durch das Einstellen eines Winkels wird das Bohrgestänge einer Biegebeanspruchung unterworfen, die zu Materialver schleiß führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung eines Bohrgestänges zu schaffen, die bei gera der Bohrlochführung einen Steuervorgang nicht erfordert sondern nur dann eine Korrektur erforderlich macht, wenn eine Abweichung vom Sollkurs festgestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruch 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung erfolgen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird zur Steuerung des Bohrgestänges eine veränderbare Exzentrizität geschaffen. Die Exzentrizität ist veränderbar durch eine Axialverschiebung des Außengestänges. Über die Führungsnut, in die der Führungsstift greift, wird die Axialverschiebung in eine Drehbewegung umgesetzt. Da sowohl das Bohrgestänge in dem Steuergehäuse exzentrisch geführt wird als auch das Steuergehäuse in dem Außengestänge exzentrisch gelagert ist, verändert sich die Führung des Bohrgestänges durch eine Überlagerung der beiden Exzentrizi täten.

Bei einem geradlinigen Bohrlochverlauf ist das Steuergehäuse derart in dem Außengestänge angeordnet, daß sich die exzen trische Lagerung des Steuergehäuses in dem Außengestänge und die exzentrische Führung des Bohrgestänges durch das Steuer gehäuse derart überlagern, daß das Bohrgestänge zentrisch zu dem Außengestänge angeordnet ist. Die beiden Exzentrizitäten heben sich somit auf. Bei einem geraden Bohrlochverlauf muß ein Steuervorgang nicht erfolgen. Erst wenn eine Abweichung von dem geraden Bohrlochverlauf festgestellt wird, muß eine Korrektur erfolgen.

Diese Vorrichtung zur Steuerung des Bohrgestänges eignet sich für alle Bodenklassen. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für Bohrungen, bei denen ein geradliniger Bohr lochverlauf gewünscht ist, so z. B. Hausanschlußbohrungen. Dabei wird das Bohrgerät entweder in einer Startgrube oder direkt in dem Keller aufgestellt und ausgerichtet.

Die Bohrung wird zunächst in der Stellung begonnen, in der das Bohrgestänge zu dem Außengestänge zentrisch angeordnet ist. Erst bei Abweichung von dem geradlinigen Bohrlochver lauf erfolgt eine Korrektur durch die Axialverschiebung des Außengestänges.

Zur Unterstützung der Steuerung in weichem Gestein bzw. Boden kann eine Kufe an dem Außengestänge angeordnet werden.

In dem Steuergehäuse sind Ausnehmungen für den Spülungsab transport vorhanden. Damit diese Ausnehmungen nicht durch gröbere Partikel zugesetzt werden, ist in einer Weiterbil dung der Erfindung hinter der Bohrkrone ein oder mehrere Flügel vorgesehen. Diesen Flügeln sind an der Innenbohrung des Außengestänges Stege zugeordnet, die eine Zerkleinerung der größeren Bohrpartikel gewährleisten. Ein Verstopfen der Ausnehmungen ist nicht mehr möglich. Ein Spülungsabtransport ist zu jeder Zeit gewährleistet.

Da bei der Vorrichtung zur Steuerung des Bohrgestänges in dem vorderen Bereich, d. h. in dem ersten Rohr des Außen gestänges ein weiteres Rohr, d. h. das Steuergehäuse ange ordnet ist, können Bohrungen mit der erfindungsgemäßen Vor richtung vorteilhaft mit den Setzen von Leerrohren kombi niert werden. Dabei werden die Rohre des Außengestänges hinter dem 1. Rohr des Außengestänges durch Leerrohre, die üblicherweise in Kunststoff ausgeführt sind, ersetzt. Nach dem die Bohrung die Zielgrube erreicht hat, wird die Bohr krone, das Steuergehäuse und das erste Rohr des Außengestän ges entfernt und das Bohrgestänge herausgezogen, während die Leerrohre im Bohrloch verbleiben.

Bei dieser Art der Bohrung ist nur ein Arbeitsgang erforder lich. Außerdem wird das Bohrloch durch das Leerrohr, das gleichzeitig als Schutzrohr dient, stabilisiert. Das Durch bohren von Sandschichten ist somit ohne weiteren Aufwand möglich.

Die vorgenannten, sowie die beanspruchten und in den Aus führungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäß zu ver wendenden Bauteile unterliegen hinsichtlich ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien un eingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei bung der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - be vorzugte Ausführungsformen für die Vorrichtung zur Steue rung eines Bohrgestänges dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vor richtung,

Fig. 2 eine Teilansicht des Steuergehäuses,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vor richtung und in

Fig. 4 eine Bohrlafette mit der erfindungsgemäßen Vor richtung.

In der Fig. 1 ist der vordere Teil eines Bohrgestänges 1 mit einem Innenkanal 2 für die Spülwasserzuführung sowie einer Bohrkrone 7 und einem Außengestänge 3 in zwei unterschiedli chen Positionen dargestellt. In dem oberen Längsschnitt ist die Bohrkrone 7 mit ihrem Außendurchmesser 8 zentrisch zu dem Außengestänge angeordnet. Der untere Längsschnitt zeigt eine Position bei der die Bohrkrone 7 mit ihrem Außendurch messer 8 exentrisch zu dem Außengestänge 3 angeordnet ist.

In dem Außengestänge 3 ist ein Steuergehäuse 4 mit einer Führungsnut 5 angeordnet. Das Steuergehäuse 4 wird durch ein Distanzrohr 9 mit einem Paßring 10 in dem Außengestänge 3 gehalten. Sowohl das Außengestänge 3 als auch das Steuerge häuse 4 weist eine exzentrische Bohrung auf. Dadurch ist das Steuergehäuse 4 in dem Außengestänge 3 exzentrisch gelagert und das Bohrgestänge 1 wird in dem Steuergehäuse 4 exzen trisch geführt. In dem oberen Längsschnitt der Fig. 1 ist das Steuergehäuse 4 derart in dem Außengestänge 3 angeord net, daß sich die exzentrische Lagerung des Steuergehäuses 4 in dem Außengestänge 3 und die exzentrische Führung des Bohrgestänges 1 durch das Steuergehäuse 4 so überlagern, daß das Bohrgestänge 2 mit der Bohrkrone 7 zentrisch zu dem Außengestänge 3 angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird beim Bohren ein gerader Bohrlochverlauf erzielt.

Wenn eine Abweichung von dem geraden Bohrlochverlauf fest gestellt wird, kann eine Korrektur durch die erfindungsgemä ße Bohrsteuerung erfolgen. Dabei wird das Außengestänge 3 axial verschoben. Diese Axialverschiebung wird durch die Führungsnut 5 des Steuergehäuses 4, in die ein Führungsstift 6 greift, in eine Drehbewegung umgesetzt. Dadurch verändert sich sowohl die exzentrische Lagerung des Steuergehäuses 4 in dem Außengestänge 3 als auch die exzentrische Führung des Bohrgestänges 1 durch das Steuergehäuse 4. Durch Drehung des Außengestänges 3 wird die Richtung der Korrektur einge stellt.

Ein Ergebnis der Axialverschiebung des Außengestänges 3 ist in dem unteren Längsschnitt der Fig. 1 dargestellt. Das Außengestänge 3 ist von der Bohrkrone 7 nach rechts axial verschoben worden. Dadurch ist das Bohrgestänge 1 nunmehr exzentrisch zu dem Außengestänge 3 angeordnet. Der Außen durchmesser 8 der Bohrkrone 7 stimmt im unteren Teil mit dem des Außengestänges überein, während auf der gegenüberliegen den Seite die Bohrkrone 7 entsprechend gegenüber dem Außen gestänge 3 übersteht.

In dem Steuergehäuse 4 sind Ausnehmungen 11 und 12 für den Spülungsabtransport vorgesehen. An dem Bohrgestänge 1 sind hinter der Bohrkrone 7 Flügel 14 und 15 angeordnet. Im vor deren Bereich des Außengestänges 3 sind Stege 16 und 17 vorgesehen. Durch diese Anordnung werden während des Bohr vorganges größere Bohrpartikel in dem zurückgeführten Spül wasser zerkleinert. Ein Verstopfen der Ausnehmungen 11 und 12 ist somit nicht mehr möglich.

Außerdem kann an dem Außengestänge 3 eine Kufe 13 angeordnet sein, die in weichem Gestein oder Boden die erfindungsgemäße Bohrsteuerung unterstützt.

In der Fig. 2 ist die Anordnung der Führungsnut 5 an dem Steuergehäuse 4 dargestellt. Durch die axiale Verschiebung des Außengestänges 3 wird durch den Führungsstift 6, der in die Führungsnut 5 greift, das Steuergehäuse 4 in eine Drehbe wegung versetzt, wodurch sich die Exzentrizitäten verändern.

In der Fig. 3 sind in einen Querschnitt unterschiedliche Anordnungen des Bohrgestänges in dem Außengestänge darge stellt. Die Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in der Fig. 1. In dem linken Querschnitt ist das Bohrgestänge 1 zentrisch zu dem Außengestänge 3 angeordnet. Der Führungs stift 6 befindet sich in einer Endposition in der Führungs nut 5. Durch Axialverschiebung des Außengestänges wandert der Führungsstift in die gegenüberliegende Endposition in der Führungsnut 5. In dieser Position addieren sich die Exzentrizitäten des Außengestänges 3 und des Steuergehäuses 4 derart, daß eine maximal exzentrische Anordnung erreicht wird.

Aus der Fig. 4 geht die Anordnung der erfindungsgemäßen Bohrsteuerung auf einer Bohrlafette 20 hervor. Das Bohrge stänge 1 mit der Bohrkrone 7 und dem Außengestänge 3 ist mit einer drehbaren Halterung 21 und einer Führung 22 zwischen Stützplatten 23 und 24 angeordnet. Die drehbare Halterung 21 ist über einen Schlitten 25 mit dem aus einem Getriebe 28 und einem Hydraulikmotor 29 bestehenden Drehwerk verbunden. Durch einen Zylinder 26 mit Kolben 27 läßt sich das Außen gestänge 3 mittels der drehbaren Halterung 21 axial ver schieben.

Bezugszeichenliste

1

Bohrgestänge

2

Innenkanal

3

Außengestänge

4

Steuergehäuse

5

Führungsnut

6

Führungsstift

7

Bohrkrone

8

Außendurchmesser

9

Distanzrohr

10

Paßring

11

Ausnehmungen

12

Ausnehmungen

13

Kufe

14

Flügel

15

Flügel

16

Steg

17

Steg

20

Bohrlafette

21

Halterung

22

Führung

23

Stützplatte

24

Stützplatte

25

Schlitten

26

Zylinder

27

Kolben

28

Getriebe

29

Hydraulikmotor

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung eines Bohrgestänges mit einem das Bohrgestänge umgebenden Außengestänge, das an dem Bohrkopf zugewandten Ende eine das Bohrgestänge umfas sende exzentrische Führung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergehäuse (4) mit einer Führungsnut (5), in die ein Führungsstift (6) greift, exzentrisch und der art drehbar in dem Außengestänge (3) gelagert ist, daß eine Axialverschiebung des Außengestänges (3) eine Veränderung der Exzentrizität des Bohrgestänges (1) be wirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergehäuse (4) derart in dem Außengestänge (3) angeordnet ist, daß in einer Endposition des Füh rungsstiftes (6) in der Führungsnut (5) sich die exzen trische Lagerung des Steuergehäuses (4) in dem Außen gestänge (3) und die exzentrische Führung des Bohrge stänges (1) durch das Steuergehäuse (4) so überlagern, daß das Bohrgestänge (1) zentrisch zu dem Außengestänge (3) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß an dem Außengestänge (3) eine Kufe (13) ange ordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß hinter der Bohrkrone (7) Flügel (14, 15) vor gesehen sind und die Innenbohrung des Außengestänges (3) Stege (16, 17) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß das Außengestänge (3) hinter dem Steuergehäuse (4) als Leerrohr ausgebildet ist.