DE2056064C3 - Unterwasserbohrgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Unterwasserbohrgerät zum automatischen Niederbringen von Bohrungen in den Meeresboden für geologische Untersuchungen, Probennähme usw.

Bei der Prospektion und Exploration von Bodenschätzen unter dem Meeresgrund benötigt man in der Regel als Ergänzung zu den seismischen, gravimetrischen und magnetischen Untersuchungen Bodenproben und Bohrlochmessungen. Sie erst geben endgültigen Aufschluß über die Schichtung, den Aufbau und die Zusammensetzung des Meeresbodens und damit über die Höffigkeil des untersuchten Gebietes.

Im Stadium der Prospektion genügen meistens vereinzelte weit auseinander liegende Bohrungen, während bei der qualitativen und quantitativen Exploration ein dichtes Net/, von Bohrungen niedergebracht werden ty.uß. Das ist zur Zeit — zumindest in Wassertiefen über 200 m — mit großem zeitlichem und technischem Aufwand (Einsatz von Bohrinseln und Bohrschiffen) verbunden und dadurch sehr teuer.

Es sind bereits Bohrgeräte zur Durchführung derartiger Untersuchungen bekannt. Beispielsweise ist ein derartiges Bohrgerät bekannt, bei dem auf einem Rahmen mit drei verstellbaren Rillen ein Bohrmast mit einem Vorschubzylinder sowie ein Bohrgestängemagazin angeordnet sind. Der Vorschubzylinder ist mit einem Molor zum Antrieb des Bohrgestänges ausgerüstet. Ferner ist im Rahmen des Bohrgerätes eine Abfangvor- ^f)0 richtung für das Bohrgestänge vorgesehen.

Die Energieversorgung und Steuerung dieses Bohrgerätes erfolgt von einer schwimmenden Basis aus, die außer mit den erforderlichen Kabeln auch dauernd mit einem Führungsseil mit dem Bohrgerät verbunden ist. ⁽>5

Die Einsatztiefen dieser Geräte sind jedoch auf Wassertiefen beschränkt, die geringer als 200 in sind. Die Bohrtiefen der Gerate sind auf höchstens 100 in begrenzt. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Geräte besteht weiterhin darin, daß sie während der gesamten Einsatzdauer auf eine oder mehrere Kabelverhindungen mit der über dem Bohrort stehenden Basis angewiesen sind, die die benötigte Energie, die Steuerkommandos usw. liefert. Dadurch entfällt die Möglichkeit. Bohrungen an verschiedenen Stellen des Meeresbodens schnell nacheinander durchzuführen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den technischen und zeitlichen Aufwand, insbesondere für Bohrungsserien, mit Hilfe eines automatisierten Unterwasserbohrgeräts zu verringern und das gesamte Untersuchungsverfahren dadurch zu rationalisieren, daß ein Schiff mehrere dieser Geräte mitführt und relativ schnell an den gewünschten Stellen aussetzen kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem fernbedienbaren Unterwasserbohrgerät, welches mit einer Energiequelle für die Antriebsaggregate und Schwimmkörpern zum Absenken und Auflassen des Gerätes versehen ist, dadurch gelöst, daß das Bohrgerät zusätzlich ein Bohrgesiängemagazin und ein vollautomatisches Kommandogerät aufweist, welches drahtlos fernbedienbar ist.

Es ist zweckmäßig, das Unterwasscrbohrgerät mit einem lösbaren Bohrlochkopf zu versehen, der gegebenenfalls mit einem automatischen Signalgeber ausgerüstet ist. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist diis Bohrgestängemagazin als konischer Korb ausgebildet, der den Bohrmast konzentrisch umgibt und mit einen Schrittmotor gekuppelt ist.

Das Unterwasscrbohrgerät nach der Erfindung hat den Vorteil, daß es nach dem Positionieren und Absenken auf dem Meeresboden von dem llaltckabel getrennt werden kann, das es mit dem aussetzenden Schiff verbindet, und von diesem Zeitpunkt an alle weiteren Funktionen mit Hilfe einer Programmsteuerung über das Kommandogerät selbsttätig ausführt.

Nach Beendigung des Bohrvorgangs erfolgt entweder selbsttätig oder aufgrund eines vom Schiff ausgesandten Signals das Abtrennen des Bohrlochkopfes und gegebenenfalls zusätzlicher Ballastgewicht und ein selbsttätiges Auftreiben zur Meeresoberfläche, wo das Unterwasscrbohrgerät wieder an Bord genommen werden kann. Die für das Auftreiben erforderlichen Schwimmkörper können während des Bohrvorgangs geflutet sein, wenn das Untewasserbohrgerät mit an sich bekannten Vorrichtungen zum Lenzen der Schwimmkörper verschen ist. Das hat den Vorteil, daß auf zusätzliche Ballastgcwichte verzichtet werden kann.

Der vom Unterwasserbohrgerät trennbare Bohrlochkopf verbleibt als Bohrlochmarkierung am Meeresgrund. Eine Ausrüstung des Bohrlochkopfes mit einem Signalgeber erleichtert das spätere Wiederauffinden des Bohrloches.

In den Zeichnungen ist schematisch ein Untcrwasserbohrgerät nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen

F i g. 1 eine Ansicht des Unterwasserbohrgcräts,

F i g. 2 einen Schnitt durch das Bohrgestängemagazin und

F i g. 3 eine Draufsicht auf das Bohrgestängemagazin.

Das Unterwasserbohrgerät 1 weist einen auf einer Plattform 2 angeordneten Rahmen aus drei rohrförmigen Ständern 3 auf, die an ihrem oberen Ende durch Querträger 4 miteinander verbunden sind. In den Ständern 3 sind höhenverstellbare Beine 5 gelagert, die an ihrem unteren Ende in sphärischen Lagern drehbare

FuDe 6 aufweisen. Auf der Plattform 2 ist ein Gestüngemaga/.in 7, das als konischer Korb ausgebildet ist, um eine vertikale Achse drehbar gelagert und über ein Zahnradgetriebe 8 mit einem Schrittmotor 9 gekuppelt.

An einer im Rahmen befestigten Führungsstange 10 ist der Bohrantrieb 11 axial verschiebbar und schwenkbar gelagert. Unterhalb der Plaiifo; m 2 ist der Bohrlochkopf 12 lösbar befestigt, der als konischer Trichter ausgebildet ist und an seinem unteren finde eine Auffangvorrichtung 13 besitzt.

Am oberen Teil des Rahmens sind Schwimmkörper 14 angeordnet. Ferner ist der Rahmen mit einem Haltering 15 versehen. Auf der Plattform 2 sind eine Energiequelle 16 sowie das Kommandogerät 17 befestigt.

In der F i g. 2 ist ein Schnitt durch das Gestängemagazin 7 dargestellt. Das Gestängemagazin 7 ist auf Wälzlagern 7,i, Tb um seine Achse drehbar gelagert und über das Zahnradgetriebe 8 mit dem Schrittmotor 9 gekuppelt. Innerhalb des Gestängcmagaziiv 7 ist die Fiihrungsstange (0 für den Bohrantrieb H angeordnei. der an der Führungsstange 10 axial verschiebbar und schwenkbar befestigt ist. In dem Gestängemagazin 7 sind die Bohrgestängeteile 18 gelagert, die durch eine (nicht dargestellte) Klemmvorrichtung gehalten werden können, die nach Durchführung einer Bohrung vor dem Auftreiben des Unterwasserbohrgeräts cinsehalibar ist. Vor und während einer Bohrung ruhen die unteren finden der Bohrgestängetcüe 18 in einer im Bohrlochkopf 12 angeordneten Führungsleiste 19, die auf ihrem Umfang an einer vorgegebenen Stelle eine Unterbrechung 19;) aufweist. Der Bohrantrieb 11 ist mit einem Aufnehmerdorn 20 ausgerüstet. An seinem oberen Rand weist das Gestängemagazin 7 eine Flaltcleiste 21 auf, die an einer in bezug auf die Fiihrungsstange 10 symmetrisch zur Unterbrechung 19.7 liegenden Stelle einen Ausbruch 2k; besitzt.

Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist folgende:

Nach dem Absenken des Unterwasserbohrgeräts 1 auf den Meeresboden an der vorgegebenen Stelle, die durch eine Bohrung näher untersucht werden soll, wird das Gerät durch Verstellung der Beine 5 horizontal ausgerichtet und nach Lösen des Haltekabels von dem Haltering 15 der Steuerung durch das Kommandogerät

17 überlassen. Nach dem Niederbringen einer Bohrung bis auf eine Tiefe, die der Länge eines Bohrgestängeteils

18 entspricht, wobei der Bohrantrieb 11 an der Führungsstange 10 abwärts geglitten ist, wird der Bohrantrieb 11 wieder in seine Ausgangsstellung Λ zurückgeführt. Durch die Drehung des Bohrgesiängemagazins 7 um einen Teilschritt gelangt ein Bohrgestängeteil 18 mit seinem unteren Ende an die Unterbrechung 19<i der Führungsleiste 19 im Bohrlochkopf 12 und gleitet im Bohrlochkopf 12 nach unten in eine Stellung, die gestrichelt dargestellt und mit 18;i bezeichnet ist. Durch Schwenken des Bohrantriebs 11 um die Führungsstangc 10 in die Stellung ß gelangt der Bohrantrieb 11 mit seinem Aufnehmerdorn 20 über das obere Ende des in der Stellung 18«? befindlichen fio Bohrgestängcteils. Diese Stellung ßdes Bohl antriebs 11 ist in der F i g. 2 gestrichelt dargestellt. Durch Absenken des Bohrantriebs 11 greift der Aufnehmerdorn 20 mit seinem konischen Finde in die obere Öffnung des Bohrgeslängeteils 18 hinein. Durch Zurückschwenken iles Bohrantriebs Il in seine Ausgangsstellung A entsprechend den Pfeilen in F i g. 3 wird das Bohrgestängeteil aufgerichtet und kann in dieser Stellung mit dem bereits im Bohrloch befindlichen Bohrgestängeteil verriegelt werden. Danach wird der Bohrvorgang unter gleichzeitigem Absenken des Bohrantriebs 11 an der Fiihrungsstange 10 fortgesetzt, bis das Nachsetzen eines weiteren Bohrgestängeteils erforderlich wird.

Beim Aufholen des Bohrgestänges nach Beendigung der Probebohrung wird das Rohrgestänge jeweils um die Länge eines Bohrgestängetcils 18 durch eine Abwärtsbewegung des Bohrantriebs 11 an der Führungsstange 10 bis in die in F i g. 2 gezeigte Stellung A angehoben. Nach Einschalten der Auffangvorrichtung 13 wird jeweils das oberste Bohrgestängeteil von dem noch im Bohrloch befindlichen Gestänge entriegelt und durch eine weitere Abwärtsbewegung des Bohrantriebs 11 angehoben. Durch eine Schwenkung des Bohrantriebs 11 um die Führungsstange 10 in die Stellung C wird sodann das Bohrgestängeteil 18 mit seinem oberen Ende an den Ausbruch 21 «7 der Halteleiste 21 geführt, wobei es mit seinem unteren Ende an der Führung 22 entlanggleitet, bis es in die Führungsleiste 19 gelangt und nunmehr abgesetzt werden kann. Nach Rückführung des Bohrantrieb* 11 in die Ausgangsstellung A wird dieser an der Fiihrungsstange 10 abgesenkt und mit dem obersten noch im Bohrloch befindlichen Gestängeteil verriegelt, worauf sich der vorstehend geschilderte Vorgang wiederholt.

Nach dem Absetzen sämtlicher Bohrgestängeteile 18 im Bohrgesiängcmagazin 7 werden alle Bohrgestängeteile verriegelt und anschließend der Bohrlochkopf 12 vom Unterwasserbohrgerät 1 gelrennt. Die Verriegelung der Bohrgestängeteile 18 verhindert beim Auftreiben des Untcrwasscrbohrgeräts 1 den Verlust des Bohrgestänges. Es ist aber auch möglich, die Führungsleiste 19 nicht im Bohrlochkopf 12, sondern am Unterwasserbohrgerät 1 selbst anzuordnen. Dadurch erübrigt sich eine Verriegelung der Bohrgestängeteile 18 vor dem Trennen des Bohrlochkopfcs 12 vom Unterwasserbohrgerät 1.

Die Untersuchung von Bohrproben durch das (nicht dargestellte) Auswertegerät an Ort und Stelle kann in an sich bekannter Weise erfolgen. Das gleiche gilt für die vorgesehene Datenübertragung der Uniersuchungsergebnisse.

Nach dem Abtrennen des Bohrlochkopfes 12 vom Unterwasserbohrgerät 1 kann entweder automatisch, gesteuert vom Kommandogerät, oder durch Signalgebung das Lenzen der Schwimmkörper 14 erfolgen, wodurch ein Auftreiben des Unterwasserbohrgeräts an die Waseraberfläehe zur Aufnahme durch ein Schiff erfolgt.

Hin besonderer Vorteil dieses automatischen Unterwasserbohrgeräts ist darin zu sehen, daß das Schiff, das das Unlerwasserbohrgerät auf seine Position gebracht hat, während des eigentlichen Bohrvorgangs unabhängig manövrieren kann, beispielsweise weitere Unterwasserbohrgeräte aussetzen kann. Die Wartung und Neuausrüstung und insbesondere die Versorgung mit neuer Energie erfolgt an Bord des Schiffes.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   !. Fernbedienbares Un'erwasserbohrgeräl, welches mit einer Energiequelle für die Aniriebsaggregate und Schwimmkörpern /um Absenken und Auflassen des Gerätes versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgerät (1) zusätzlich ein Bohrgestängemagazin (7) und ein vollautomatisches Kommandogerät (17) aufweist, '° welches drahtlos fernbedienbar ist.
2. 2. Unterwasscrbohrgerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgerät (t) mit einem lösbaren Bohrlochkopf (12) ausgerüstet ist.
3. 3. Unterwasserbohrgerät nach Anspruch 2, da- ·5 durch gekennzeichnet, daß der Bohrlochkopf (12) einen Signalgeber aufweist.
4. 4. Unterwasserbohrgerät nach einjiii der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestängemagazin (7) als konischer Behälter z° ausgebildet und mit einem Schrittmotor (9) gekuppelt ist.
5. 5. Unterwasserbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kommandogerät (17) mit einem Auswertegerät *5 ausgerüstet ist.
6. 6. Unicrwasserbohrgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertegerät eine Datenübertragungsanlage aufweist.

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