DE2048615A1

DE2048615A1 - Vorrichtung zur Verbindung eines Bohr Werkzeugs mit einer mit einem Eindringmeß gerat ausgestatteten Bohrleitung

Info

Publication number: DE2048615A1
Application number: DE19702048615
Authority: DE
Inventors: Wladimir Reuil Malmaison Rouviere Roger Aix en Provence Willm Yves Suresnes Tiraspolsk, (Frankreich)
Original assignee: Institut Francais du Petrole des Carburants et Lubrifiants, Rueil Mal maison (Frankreich)
Priority date: 1969-10-06
Filing date: 1970-10-02
Publication date: 1971-04-08
Also published as: JPS507841B1; ES384296A1; FR2061974A5; NL7014642A; GB1271220A; CA928702A; BE756766A

Description

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DIPL. ING. DIETHICH LEWJüLD PATENTANWALT

8 MÜNCHEN 18

FÜHSTENBER GSTHASSE 24 TRLEFON 80 ββ 14

BEN

Affaire 987

Institut Prancais du Petrole des Carburants et Lubrifiants,

Seuil-Malmaison, l^?rankreich

Torrichtung zur Verbindung eines Bohrwerkzeuges mit einer mit einem .Eindringmeßgerät ausgestatteten Bohrleitung

Die Erfindung betrifft eine Bohrwerkzeugskupplung, die einer Einrichtung zur Messung der mechanischen Charakteristiken des Frdbodensj und insbesondere einem Ifindringmeßgerät oder Penetrometer zugeordnet ist.

Vorgänge zum Aufschließen einer Bodenschicht, über der ein Abbau vorgesehen werden soll, werden vorteilhaft mittels einer ^; Penetrometer" genannten Meßeinrichtung durchgeführt. Diese Vorrichtung umfaßt eine in einer Spitze endende Stange, die mit Regelelementen dotiert ist, welche die Kräfte mißt, welche ein Boden dem f'indringen dieser Stange entgegensetzt die am finde der Spitze zur Wirkung kommen und auch die seitlichen Reibungskräfte während des Bindringens mißt. Die vorgenommenen Messungen ermöglichen es, die mechanischen Charakteristiken der Böden zu bestimmen, wobei die Kenntnis dieser Merkmale notwendig ist, um beispielsweise Verankerungsspitzen herzustellen, auf denen dann die zu konstruierenden Abbaueinrichtungen ruhen.

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Da die maximale Eindringtiefe der Stange des Penetrometers notwendigerweise begrenzt ist, um Messungen im Inneren der zu untersuchenden oder aufzuschließenden Bodenschicht vorzunehmen, stellt man eine Bohrung her und setzt das Penetrometer erst ein, wenn die Bohrung im wesentlichen die für die !Messung gewählte ?iefe erreicht hat.

Es besteht jedoch der Wunsch zu verhindern, daß bei jeder Messung notwendigerweise die Reihe von Operationen notwendig wird, die darin besteht, das Bohrwerkzeug herauszuziehen, das Penetrometer in das gebohrte Bohrloch einzuführen und nach Vornahme der Messung das Penetrometer wieder herauszuziehen und das Bohrwerkzeug in das Bohrloch einzuführen.

Alle diese Vorgänge führen nämlich zu erheblichen und kostspieligen Zeitverlusten, insbesondere,'wenn es schwierig ist. die Bohrlochöffnung zwischen zwei Vorgängen wiederzufinden, wie dies beiepielsweiee bei Unterwasserbohrungen der Fall ist.

Um diesem Nachteil abzuhelfen, ist es vorteilhaft, wenn man das Penetrometer in den unteren Teil der Bohrkolonne selbst einbauen kann.

Eine solche Vorrichtung, bei der das Penetrometer am unteren Teil einer Bohrkolonne eingebaut ist, umfaßt ein Bohrwerkzeug oder einen Bohrmeißel, der mit einer zentralen Bohrung zur Durchführung der Stange des Penetrometere während einer Meßphaee, die auf der gewählten Tiefe vorgenommen ist, versehen ist und die auf eine Bohrphase bis auf diese Tiefe folgt*

Ein Problem, welches eich während der Bohrphase stellt, wo die Stange dee Penetrometere in das Innere dee Bohrwerkzeugs zurückgezogen ist, besteht darin, den mittleren Teil der Bohrloohaohle in der zentralen öffnung des Bohrwerkzeuge zu zer-

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stören, um so die Stange gegen den Kontakt mit der Bohrlochsohle zu schützen.

Nach Meinung der Techniker ist es auch wesentlich, daß man die Kessungen kontinuierlich in einer Bodenschicht vornehmen kann, deren Dicke größer als die Länge der über das Bohrwerkzeug hinausgehenden Stange ist, wenn das Penetrometer eich in Meßstellung befindet. Das zu lösende Problem besteht darin, einen Vorschub der Bohrkolonne im Bohrloch ohne Drehung des Bohrwerkzeugs zu erhalten, wobei das Penetrometer sich in Meßsteilung befindet.

Erfindungsgemäß soll vor allem eine Bohrwerkzeugkupplung vorgeschlagen werden, die es ermöglicht, selbsttätig den Schutz des Penetrometers während der Bohroperationen sicherzustellen.

Erfindungsgemäß soll auch eine Bohrwerkzeugkupplung vorgeschlagen werden, die es ermöglicht, in kontinuierlicher Weise Penetrometriemessungen der Bodenschicht vorzunehmen, deren Dicke größer als die Länge der Penetrometerstange ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist zur Kupplung eines Bohrwerkzeugs mit zentraler Bohrung mit dem Ende einer Bohrkolonne bestimmt, an deren unterem Teil eine Vorrichtung zur Messung der mechanischen Eigenschaften des Erdbodens eingebaut ist und eine Stange von einem Durchmesser höchstens gleich dem der zentralen Bohrung des Bohrwerkzeugs aufweist und mit Meßelementen für die Kräfte versehen ist, die der Erdboden dem Eindringen der Stange entgegensetzt. Diese Vorrichtung kann von einer Bohrstellung, in der die Stange in das Innere der Bohrkolonne zurückgezogen ist, die dann unter Drehung angetrieben wird, in eine Meßstellung übergehen, in der diese Drehung unterbunden und die Stange in den Erdboden über die zentrale Bohrung des Bohrwerkzeugs eingetrieben ist, und zeichnet sich

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aus durch wenigstens ein gelenkig gelagertes Schließorgan für die zentrale öffnung des Bohrwerkzeugs, welches an seinem unteren Seil mit Bodenangriffs elementen versehen ist, wobei dieses Organ so ausgebildet ist, daß es automatisch in Schließstellung für die zentrale Bohrung des Bohrwerkzeugs unter, der Wirkung der Zentrifugalkraft bei der ürehung des Bohrwerkzeugs kommt, und zeichnet sich aus durch Hucket eil einrichtungen für dieses Organ in eine öffnungsstellung der zentralen Bohrung des Bohrwerkzeuge bei Fehlen einer Drehbewegung des Bohrwerkzeugs.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Vorrichtung im übrigen gegen die Achse des Bohrwerkzeuge geneigte Leitungen, wobei diese Leitungen es ermöglichen, durch Strahlen bei Fehlen einer Drehung des Bohrwerkzeuge zu bohren, derart, daß eine kontinuierliche Messung der mechanischen Eigenschaften einer Bodenschicht möglich wird; ferner durch einen vom Brück eines Bohrfluids gesteuerten Kolben, der so ausgebildet ist, daS er für einen Fluiddruck größer als ein bestimmter Wert entweder mit Bohrfluid diese Bohrstrahlleitungen bei Fehlen einer Drehung des Bohrwerkzeugs speiet oder während der Drehung des Bohrwerkzeuge für die Verriegelung dieses Schließelementes sorgt und für einen Wert dee Pruckes des Bohrfluids kleiner ale der des bestimmten Wertes für das Ausfließen des Bohrfluids sorgt, wodurch der Bohrschutt oder das Bohrklein der Bohrlochsohle oder Angriffsfläche bei örtlichen Kessungen der mechanischen Eigenschaften der Böden beseitigt werden kann.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Fig. 1 im Axial schnitt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung

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während der Bohrphase durch Drehung des Bohrwerkzeugs zeigt*

Fig. 2 zeigt diese Einrichtung entsprechend dem gleichen Schnitt während der Phase der Messung am Ort, wobei das Bohrwerkzeug in seiner Drehbewegung stillgesetzt ist;

Fig. 5 ist eine Druntersicht unter die in Fig. 1

gezeigte Vorrichtungt d

Fig. 4 zeigt im Axialschnitt eine bevorzugte

Ausführungsfo-rm der Vorrichtung nach der Erfindung während der Phase des Bohrens durch Drehen des Bohrwerkzeugs;

Fig. 5 ist ein Schnitt durch die Vorrichtung längs der Linie V-V in Pig. 4j

Fig. 6 ist eine Druntersicht unter die Vorrichtung der Fig. 4 im Teilschnitt längs der Linie VI-VI; und

Jä'xg· 7 ist ein Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 5.

Tn Fig. i ist mit Λ die speziell ausgebildete Kupplungsmuffe bezeichnet, die an jedem Ende mit einem Gewinde versehen ist. Das obere Gewinde Ja ermöglicht es» die Kupplungemuffe 1 an das untere Ende einer Bohrkolonne 1J zu befestigen, die strichpunktiert dargestellt ist und in die ein Penetrometer eingebaut ist, von dem allein die Meßstange 4 strichpunktiert und in der stellung angedeutet ist, die sie während der Phase des Bohrens einnimmt. Das untere Gewinde 3b ermöglicht die Befestigung des

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gestrichelt dargestellten Bohrwerkzeugs oder Bohrmeißels 2 an der Kupplungsmuffe 1. Das Bohrwerkzeug 2 ist ein Bohrwerkzeug oder ein Bohrmeißel mit einer zentralen Bohrung von einem Durchmesser wenigstens gleich dem der HeSatange 4 des Penetrometers. Dieses Bohrwerkzeug kann von der Bauart mit Bohrkrone sein oder Radialblätter aufweisen, deren Außenfläche beispielsweise mit einer Diamantenkonkretion überdeckt ist.

In der Kupplungsmuffe 1 ist ein bewegliches Reguliergewicht 6 um eine Achse 7 gelenkig, die fest mit der Kupplungsmuffe verbunden und orthogonal zu deren Achse ist. Das bewegliche Reguliergewicht 6 ist am unteren Teil durch ein Organ θ zum Verschließen der zentralen Bohrung des Bohrwerkzeugs versehen, wobei dieses Organ ein Ende 8a aufweist, welches mit einem Verschleißmaterial, beispielsweise mit einer üiamantenkonkretion, überdeckt ist.

Sin festes, an der Kupplungsmuffe % beispielsweise durch Schweißen, befestigtes Gewicht 9 ermöglicht deren dynamischen Ausgleich während der Drehung. Eine Feder 11 verbindet das Obere Ende des beweglichen Reguliergewichtes 6 mit dem festen Gewicht 9·

Will man bohren, so geht man in folgender Weise vor: Bevor noch das Bohrwerkzeug in Kontakt mit der Bohrlochsohle 14· des Bohrloches 15 kommt, wird die Bohrkolonne 13 unter Drehung angetrieben, wobei die Meßstange 4 des Penetrometers die in v'iy. ι angedeutete Stellung einnimmt. Unter dem Einfluß der Drehung der Kolonne 13 dreht sich das Gewicht 6, das dann einer Zentrifugalkraft F ausgesetzt ist, um die Achse 7» hie es in Abstützung gegen eine Schulter 10 der Kupplungsmuffe -t kommt. Piese Drehung des Reguliergewichtes sorgt für eine Ausdehnung oder Längung der Feder H und bringt das Schließorgan 8 bis zur Achse des Bohrwerkzeugs 2 oder vorteilhaft geringfügig darüber

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hinaus«. Die Torrichtung befindet sich dann in Bohrstellung (Fig. 1).

Während der Phase des Bohrens verhindert der Teil 8a, der als Werkzeug arbeitet, die Bildung eines Kernes 16 im zentralen Teil des Bohrwerkzeugs. In diesem Teil übt die Bohrlochsohle dann auf die Oberfläche 6a* des Organs 8 eine Beaktionskraft P₁ auf den Vorschub des Verkzeugs und eine Kraft Fg aufgrund der Reibungen der Bohrlochsohle gegen die Fläche 8a während der Λ Drehung des Verkzeugs aus. Wie aus Fig. 1 zu sehen, ist die Form des Organs 8 derart, daß die Kräfte F^ und Fp dieses Organ in Bohrsteilung halten, indem auf dieses ein Drehmoment bezug» lieh der Achse 7 ausgeübt wird, welches in der gleichen Richtung wie die gerichtet ist, die auf die auf das Gewicht 6 ausgeübte Zentrifugalkraft zurückzuführen ist. Sie zentrale Bohrung des Bohrwerkzeugs wird also durch das Organ 8 verschlossen, welches die Spitze 5 der Stange 4- schützt.

Wenn die Bohrung die gewünschte Tiefe zur Vornahme einer Penetrometriemessung erreicht hat, so wird die Drehbewegung des Bohrwerkzeugs unterbrochen. Ganz leicht wird die Bohrkolonne angehoben, um das Werkzeug von der Bohrlochsohle freizube- ^j kommen. Die Buckstellfeder 11 sorgt für das Verkippen des Gewichtes 6 und des Organs 8 in die bei 6¹ und 8¹ in Fig. 2 angedeutete Stellung* derart, daß die zentrale Bohrung des Bohrwerkzeugs freigelegt wird und die Durchführung der Stange 4-zugelassen wird, die die bei 4' angedeutete Lage einnimmt, wobei die Spitze 5 bei 5¹ während des Eindringens in den Boden dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt die lage der aktiven Fläche 8a des Organs 8 während der Phase des Bohrens.

Die Mittel zum Einsenken der Spitze in den Erdboden sowie die

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Hinrichtungen zum Messen der mechanischen Eigenschaften des Erdbodens können von an sich bekannter geeigneter Art sein und stellen nicht einen Teil der Erfindung dar.

Die Fig. 4 bis 7 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung.

Die Kupplungsmuffe Λ in Sonderbauart ist über ein Gewinde 3a mit dem Ende einer Bohr kolonne 1*> verbunden, in der ein Penetrometer 17 mi* einer Meßstange 4 gelagert ist» An ihrem unteren Ende ist die Kupplungsmuffe 1 mit einem Bohrwerkzeug 2 mittels eines Gewindes 3b verbunden. Das Bohrwerkzeug 2 wird durch einen Körper gebildet, der mit Radialblättern besetzt ist, welche mittels einer Diamantenkonkretion überdeckt sind und in der Mitte des Bohrwerkzeugs einen Kanal "belassen, dessen Durchmesser wenigstens gleich dem LUrcbmesser der Stange 4 des Penetrometers ist. Die Kupplungsmuffe ι wird in ihrem oberen Teil von einer Bohrung 1a durchsetzt, die nach unten über eine Bohrung Ib größeren Durchmessers verlängert ist.

Ein röhrenförmiges Element 18 oder ein Bohrfluidverteilerkörper ist im Inneren der Kupplungsmuffe i gelagert und begrenzt in der Bohrung Ib einen Hingraum im Inneren der Kupplungsmuffe. Dieser Körper trägt an seinem unteren Teil eine Ringschulter ⁿ·9? die sich am unteren Ende der Kupplungsmuffe ι abstützt, derart, daß sie bei der Befestigung des Bohrwerkzeugs 2 an der Kupplungsmuffe" 1 unbeweglich gemacht wird.

In der Bohrung 18a des Elementes i8 kann ein Kolben 20 gleiten» Eine zwischen das untere Snde des Kolbens 20 und eine idngschulter innerhalb des Elementes 18 zwischengeschaltete jeder 21 versucht, den Kolben 20 nach oben zu führen, dessen Yertikalverschiebung nach oben durch einen feat mit dem T-lement ">8 verbundenen Anschlag 22 begrenzt ist. Eine zentrale Leitung 20a

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des Kolbens 20 ermöglicht die Durchführung der Stange 4 des Penetrometers 17. In der Bohrung 1b dee Körpers 1 ist das Element 18 mit schrägen öffnungen 23 versehen, die die Bohrung !8ΐ> des Elementes 18 mit der Bohrung 1b der Kupplungsmuffe 1 in Verbindung setzen. Auf der Schulter 19 ißt ein Lager 24 befestigt, welches mit Lagerschalen 25 versehen ist; in diesem kann sich eine Achse 7 parallel zur Achse der Kupplungsmuffe drehen. An ihrem oberen Teil ist die Achse 7 fest mit einem beweglichen Raguliergewicht 6 über einen Stift 27 verbunden» während jam unteren Teil der Achse 7 ein Stift 28 ein Ver- J schließorgan 3 unbeweglich macht, welches senkrecht zur Achse angeordnet ist. Im zentralen Teil der Schulter 19 ermöglicht eine Öffnung 29 die Durchführung der Stange 4 des Penetrometers mit geringem Spie?L, Busen 30 setzen die zentrale Bohrung des Elementes 18 mit dem Raum zwischen den Blattθλι des Bohrwerkzeugs 2 in Verbindung. Eine Ringausnehmung 31 in. der Schulter '^;9- die mit oinem Strahlbrecher ;52 versehen ist, mündet in den Baum zwischen Kupplungsmuffe und Bohrwerkzeug. Die Ausnehmung 3'i wird mit der Bohrung Ib des Körpers 1 über öffnungen 33 in Verbindung gesetzt. In der Bohrung 1b der Kupplungemuffe ι sorgt ein an der Kupplungsmuffe festes Gewicht 9 für das d,yxi&>!iischcj Gleichgewicht der Kupplungsmuffe. Dieses Gewicht 9 iat ;nit dem beweglichen Iieguliergewicht 6 über eine Feder 11 ^j verbunden. Vio in den Fig. 5 und 7 zu sehen, trägt das Gewicht 6 einen Finger 34, auf dem ein Element 35 befestigt iat, weicheß, wenn das Gewicht sich von der Achse der Kupplungsmuffe entfernt, in eine öffnung 36 eindringen kann, die im K.örpor des Elementes \8 ausgespart ist. Das Einde 35 dieses Elementes hat eint) Gestalt komplementär zu der einer Nut 37» die im Kolben 20 ausgearbeitet ißt.

Die Vorrichtung; ormöglichtcl.rei L^unktionsweison; a? Bohren durch Urohung dos Bohrwerkzeugs, b'J Örtlich ο Ilen sung der Charakteristiken des Erdbodens auf

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einer-gewählten !Tiefe bei stillgesetztem Bohrwerkzeug, c) konti^&ej^L|phe Messing der .ph.jSRakJjrj.s.ii.iken eine^Tej schicht, wobei der Vorschub des Bohrwerkzeuge ohne Drehung ©rfolgt.

Während der Phase des Bohrens infolge Drehens des Bohrwerkzeugs 2 nimmt das Penetrometer die in Fig. 4- dargestellte Stellung ein, d· h., die Spitze 5 des Penetrometers befindet sich im Inneren des Elementes 18. Das Bohrwerkzeug befindet sich geringfügig oberhalb der Bohrlochsohle, die Bohrkolonne wird in Drehung mitgenommen. Diese Drehung setzt dann das bewegliche Reguliergewicht 6 einer Zentrifugalkraft F (Pig. 5) aus, die das Reguliergewioht 6 von der Achse der Kupplungsmuffe 1 entfernt, indem es dieses veranlaßt, um die Achse 7 des Lagere 24- zu verschwenken. Die Verschiebung des Gewichtes 6 sorgt für die Längung oder Dehnung der Feder 11 {?ig. 5) und nimmt den Finger 34· und die Achse 7» mit denen er verbunden ist, mit- Durch diese Bewegung führt der finger 34· das Element 35 in die öffnung 36 (in den Fig. 5 und 7 gezeigte Stellung) ein, während die Achse 7 das Schließorgan 8 an die Achse des Bohrwerkzeugs annähert, bis es die in den Fig. 4·, und 6 dargestellte Lage einnimmt. Die Oberfläche 8a des Organs 8 ist mit einer ßchleifmittelschicht überdeckt, beispielsweise einer Diamantenkonkretion. In diesem Augenblick wird das Bohrfluid unter Druck in die Bohrkolonne bei einem Drück P1 eingeführt, der wenigstens gleich dem Bewässerungadruck der Bohrlochsohle während der Phase des Bohrens ist. Das Bohrfluid übt dann auf die Oberfläche 20b des Kolbens 20, dessen zentrale Leitung 20a durch das Penetrometer verschlossen ist, eine Kraft aus, die für das Nachuntangehen dieses Kolbens sorgt, bis die Nut 37 in Anschlag gegen das Element 35 (Fig· 7) kommt.

Dieser Anschlag begrenzt den Weg des Kolbens 20 nach unten und

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läßt ein ausreichendes Spiel um den Kopf dieses Kolbens und die Innenwand des Blementes 18 _% damit das Bohrfluid weiter über die öffnungen. 23 entsprechend dem durch die Pfeile in den. Fig. 4 und 7 angedeuteten Weg; ausfließen kann«

In dieser Stellung ist die zentrale Leitung 20a immer noch vom Pene-troiaeter 'Ί ;i*ig_e V. verschlossen und die Gesamtheit des Bohrfluids fließt aus der Bohrkolonne über die Öffnungen 333 in den ir..u>srauhi ''Ti und durchsetzt dann die öffnungen 33 und die /»lisuehiiiünß. j3i und bewässert nach Ausfließen über das strahl-"brechende Sieb 32 die Bohrlochsohle oder die .Angriffsfläche, indem et* über die schrägen, im Werkzeug belassenen Öffnungen ausfließt.

iu.e Verwendung des Strahrhrechersiebes 32 ermöglicht es, die AiisströmuHgsgeschwindigkeit des Bohrfluids auf einen Wert derart su vermindern, daß das Bohrfluid nicht die Zerstörung der Bohrlochsohle unterhalb des Bohrwerkzeugs herbeiführt, wobei dieser V/ert ausreichend bleibt« um die Bohrschuttbeseitigung der Bohrlochsohle sicherzustellen und jede Senkung oder jedes Nachgeben der seitlichen Wand dec gebohrten Bohrloches zu verhindern»

."Der Vorschub-der Kolonne ermöglicht dann das Bohren des Bohrloches, während das Organ 8 den Kern zerstört, der sich in der rdtte des Werkzeugs 2 bildet.

Ist die gewünschte Tiefe erx^%eicht und wünscht man, eine Messung mit Hilfe des Penetrometers vorzunehmen, so hebt man das Werkzeug von der Bohrlochsohle leicht ab. Der Druck des Bohrfluids wird auf einen Wert kleiner als P₁ vermindert. Die Feder 21 sorgt für das Hochgehen des Kolbens 20, indem die Hut 37 des letzteren vom Element 35 freigegeben wird. Die Drehung des

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Wi$jä unterbrochen. Die aiif das bewegliche Heguliergewicht 6 ausgeübte Zentrifugalkraft verschwindet. Die Feder bringt das bewegliche Heguliergewicht 6 nahe an die Achse der Kupplungsmuffe heran_f wobei das Gewicht über die Achse 7 das Verschließorgan 8 in eine Stellung bringt, in der die zentrale öffnung 29 zum Durchgang der Stange 4· des Penetrometers freigegeben wird. Man sorgt für den Vorschub der Stange 4 des Penetrometersj welches nach Durchsetzen der öffnung 29 und der zentralen Bohrung des Werkzeugs in die Böden unterhalb der Bohrlochsohle eindringt. In dieser Stellung des örtlichen Messens strömt das Fluid» welches sich auf einem Druck P2 unterhalb des Wertes P1 befindet» wie vorher erwähnt, aus_s die zentrale Leitung 20a des Kalbens 20 istimmer noch vom Penetrometer 1? besetzt.

wünscht man, kontinuierlich die Eigenschaften einer Bodenschicht zu messen, deren Dicke größer als die Länge der Stange des Penetrometers, welches über den Bohrmeißel hinausgeht» ist, so nimmt man die folgenden Operationen vors Bei Ende einer Bohrperiode wiederholt man die vorher erwähnten Manöver und erhält den Drehstillstand des Werkzeugs und den Austritt der Spitze des Penetrometers. Man erhöht dann den Druck des Bohrtt fluids, wodurch der Kolben 20 in. eine Lage derart abgesenkt ·; wird, daß er die öffnungen 2J verschließt und daß die zentrale Leitung 20a des Kolbens nicht mehr durch das Penetrometer verschlossen wird. Das Bohrfluid fließt dann in die zentrale Leitung 20a des Kolbens 20 aus. De die Öffnung 29 durch die Stange des Penetrometers verstopft ist, wird das Druckfluid heftig gegen die Bohrlochsohle durch die Düsen 30 vorgetrieben. Man realisiert so ein Bohren mittels "Strahlen", wodurch nach und nach die Abbaufront zerstört und der Vorschub des Bohrwerkzeugs ohne dessen Drehung ermöglicht wird. Selbstverständlich erfolgt diese Art des Einsatzes in Bodenschichten, deren Härte nicht zu groß für das Bobren mittels Strahlen ist.

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Verschiedene Modifikationen können bei den beschriebenem Ausführungsformen im fiahmen der Erfindung vorgenommen werden· So kann man beispielsweise dem Bohrfluidverteilerkörper eine Einrichtung zuordnen, die es ermöglicht) kodierte "DruckiMpulse zu erzeugen, die durch das Bohrfluid an die Erdoberfläche übertragen werden» wo sie nachgewiesen werden» um die Funktionsweise der Vorrichtung nach der Erfindung zu regeln. .

Patentansprüche ζ

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Claims

Pa t ent an Sprüche

1. Vorpiehiaing zur Verbindung titles Bohrwerkzeugs oder Bohrmeißels mit einer zentralen Bohrung mit dem Ende einer Bohrkolonne, an deren unterem (Teil eine Meßvorrichtung für die mechanischen Eigenschaften des Brdbodens eingebaut ist, mit einer Stange von einem Durchmesser höchstens gleich dem der zentralen Bohrung des Bohrwerkzeugs, wobei diese Stange mit Elementen zur Messung der vom Erdboden dem Eindringen der Stange entgegengesetzten Kräfte versehen ist, wobei die Vorrichtung aus einer Bohrstellung_t in der die Stange in das Innere der Bohrkolonne zurückgezogen ist, die dann in Drehung mitgenommen wird, in eine Meßstellung übergehen kann, in der diese Drehung unterbrochen und die Stange in den Erdboden über diese zentrale Bohrung des Bohrwerkzeugs eingetrieben wird, gekennzeichnet durch wenigstens ein gelenkig gelagertes Schließorgan für die zentrale öffnung des Bohrwerkzeugs, das in seinem unteren Teil mit Bodenangriffselementen besetzt ist, wobei dieses Organ so ausgebildet ist, daß es selbsttätig in Schließstellung für die zentrale Bohrung des Bohrwerkzeugs unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte bei der Drehung des Bohrwerkzeugs kommt ; und durch Mickstelleinrichtungen für dieses Organ in eine Öffnungsstellung der zentralen Bohrung des Bohrwerkzeugs bei Fehlen einer drehbewegung des Bohrwerkzeugs.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wahrend der Phase des Bohrens die Wirkungen des Erdbodens auf dieses Schließorgan wenigstens eine Kraftkomponente aufweisen, die dieses Organ in Bohrstellung hält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine röhrenförmige steife Kupplungsmuffe, die an einem ihrer Enden mit der Bohrkolonne und am anderen Ende mit dem Bohrmeißel verbunden ist, wob^i das Gchließorgari eine an dieser Kupplungs-

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muffe gelenkige Achse aufweist und ein bewegliches Reguliergewicht im Inneren dieser Kupplungsmuffe angeordnet ist, wobei dieees bewegliche Reguliergewicht fest nut diesem Schließorgan verbunden und so ausgebildet ist, daß es dieses Organ in Schließstellung unter der Wirkung der Zentrifugalkraft kippen läßt, welche es von der Achse dieser Kupplungsmuffe während der Drehung des Bohrwerkzeugs entfernt? und durch ein festes, mit der Kupplungsmuffe, für deren dynamisches Gleichgewicht es sorgt, fest verbundenes Gewicht; und eine elastische Einrichtung, welche diese Gewichte verbindet und für die Rücketeilung dieees Schließorgane in öffnungsstellung sorgt, indem das bewegliche Reguliergewicht an die Achse dieser Kupplungsmuffe bei Fehlen einer Drehbewegung des Bohrwerkzeugs angenähert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine steife röhrenförmige Kupplungsmuffe, die an einem ihrer .Enden mit der Bohrkolonne und am anderen Jnde mit dem Bohrwerkzeug, verbunden ist, wobei das verschließende Organ eine Gelenkacfcßo an dieser Kupplungsmuffe aufweist; durch ein bewegliches Reguliergewicht im Inneren dieser Kupplungsmuffe, wobei dieses bewegliche Reguliexgewicbt fest alt die·« verschließenden Organ verbunden und so ausgebildet ist, daß durch es Aas ία-schließstellungbringen dieses Organs unter der Wirkung der Zentrifugalkraft gesteuert wird, welche es von der Achse dieser Kupplungsmuffe während der Drehung des Bohrwerkzeugs entfernt 5 durch ein fest mit der Kupplungsmuffe verbundenes festes Gewicht zu deren dynamischem Ausgleich;, durch eine elastische, diese Gewichte verbindende Einrichtung» die für die Rückstellung dieses verschließenden Organe in die öffnungsstellung der zentralen Bohrung des Bohrwerkzeugs sorgt, indem dieses bewegliche Reguliergewicht an die Achse dieser Kupplungsmuffe bei Fehlen der Drehung dee Bohrwerkzeugs a wird und durch «inen. Bohrfluidverteiler, der in Inneres dieser

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Kupplungsmuffe befestigt ist und es ermöglicht, die Bohrlochsohle des Bohrwerkzeugs zu bewässern.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Verteiler einen zylindrischen Körper mit einer zentralen. Bohrung aufweist» wobei dieser Körper im Inneren dieser Kupplungsmuffe gelagert ist und einen Eingraum in deren Innerem begrenzt, wobei der Ringraum mit Ausströmöffnungen für das Bohrfluid zur Abführung des Bohrschutts auf der Bohrlochsohle in ₍ Verbindung steht; durch einen in der zentralen Bohrung dieses Körpers verschieblichen Kolben mit einer zentralen Leitung zur Durchführung dieser fießstange, wobei der Kolben mittels einer elastischen Einrichtung auf einem Fluiddruckwert kleiner als ein bestimmter Schwellenwert in einer ersten Schließstellung für diese zentrale Leitung gehalten wird_s in der das Fluid ausschließlich aus der Bohrkolonne in diesen inneren Ringraum über Verbindungsöffnungen ausfließt, die quer zu dem Verteilerkörper 'angeordnet sind5 wobei der Kolben so ausgebildet ist, daß er sich während der Drehung des Bohrwerkzeugs und unter dem Einfluß eines Pluiddruckes, der wenigstens gleich die.,em Schwellenwert ist₅ gegen die Wirkung dieser ©lastischen hmrichtung bis in eine zweite !Stellung zum Verschließen der zentralen Leitung verschiebt, in der das Fluid ausschließlich in diesen Innenringraum über die Verbindungsöffnungen strömt, die quer zum Verteilerkörper ausgespart sind, wobei der Kolben sich bei Fehlen der Drehung des Bohrwerkzeugs und unter dem Einfluß eines Fluiddruckes wenigstens gleich diesem Schwellenwert gegen die Wirkung dieser elastischen Einrichtung bis in eine Verschließstellung für diese Verbindungsöffnungen und in eine öffnungsstellung dieser zentralen Leitung des Kolbens verschiebt, in der das Bohrfluid ausschließlich über diese zentrale Leitung ausfließt und einerseits mit einer öffnung in Verbindung steht, die die Durchführung bei geringem Spiel der Meßstange ermöglicht, die an der Unterseite der Kupplungsmuffe

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des Bohrwerkzeuge angeordnet ist und andererseits mit den Leitungen in Verbindung steht, welche gegen die Achse der Kupplungsmuffe geneigt und so ausgebildet sind, daß ein Bohren rcdttQls Fluidstrahler! sichergestellt ist«

η, verrichtung nach Anspruch £? dadurch gekennzeichnet, daß dissi.- zweite Schließstellung dieser zentralen Leitung des Eoll>:5:o.ii_s i/ölolis während der Drehung des Bohrmeißels und unter o.oui id.r>.riuß eines Fluiddruckes, der wenigstens gleich diesem ^cawollem/srt ist, erhalten wird, durch Einrichtungen festgelegt wird, welche die Verschiebung dieses Kolbens in der Stellung des beweglichen ßeguliergewichtes begrenzt, die von '.isij? /'chae dieser Kupplungsmuffe entfernt ist»

?u Vorä?ichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verschiebung des Kolbens begrenzenden Einrichtungen komp lernen ϊ-'άνο Elemente auf weiß en, die durch eine Nut und einen .\oerrfingor gsbildet sind, v/obei eines dieser Elemente dem Ko J bon und d&y andere diesem beweglichen Heguliergewicht zu~ P/a ordnet lat»

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