DE2100963A1

DE2100963A1 - Bohrvorrichtung fur Tiefbohrungen

Info

Publication number: DE2100963A1
Application number: DE19712100963
Authority: DE
Inventors: Harold Ernest Albuquerque N Mex Shillander, (V St A)
Original assignee: General Oll Tools, Ine, Provo, Utah (V St A)
Priority date: 1970-01-12
Filing date: 1971-01-11
Publication date: 1971-07-15
Also published as: NL7100208A; BE761491A; US3578078A; JPS5021281B1; CA894661A; GB1261490A; FR2080903B1; FR2080903A1

Description

PATENTANWÄLTE

PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN 8 MÖNCHEN 2 · TH ERES IENSTRASSE 33

Üipl.-ing. MARTIN LJCHT Dr. REINHOLD SCHMIDT Dipl.-Wirtsch.-Ing. AXEL HANSMANN Dipl.-Phys, SEBASTIAN HERRMANN

München, den 11. Januar 1971

Ihr Zeichen ' Unser Zeichen

GENERAL OIL TOOLS, INC. 685 South 1500 East
Provo, Utah
V. St. A.

"Bohrvorrichtung für Tiefbohrungen¹·

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MDNCHEN 2, TH ERESl ENSTRASSE 33 · Telefon: 281202 · Tilegramm-Adreise. Lipatli/München Bayer. Vereinsbank München, Zweigit. Oikar-von-Miller-Ring, Kto.-Nr. 882495 · Posticheck-Konto: München Nr. 1433 97

Oppenauer Büro. PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bohren von Bohrlöchern in Erde oder Gestein und steht in Beziehung zu der allgemeineren Bohrvorrichtung, die in den Lynes erteilten US-Patenten 3,233,676 und 3,235,017 vom 8. Februar bzw. 15. Februar 1966 beschrieben wurde und die es ermöglicht, die durchbohrten Schichten während des Bohrens abzudichten und zu prüfen bzw. zu behandeln, ohne dabei die Bohrvorrichtung aus dem Bohrloch entfernen zu müssen.

^ Bei den Prüfungen werden Flüssigkeitsproben aus den durchbohrten Schichten entnommen, während beim Behandeln der durchbohrten Schichten Flüssigkeiten, z.B. Säuren, in den unteren Abschnitt des Bohrlochs eingeführt werden.

Wie in den oben genannten Patenten im einzelnen beschrieben, muß bei bekannten, in durchbohrten Schichten angewandten Prüfverfahren die gesamte Bohrvarri.chtung einschließlich des Bohrwerkzeugs und seiner Aufhängung aus dem Bohrloch entfernt werden, worauf nach Einbringen einer anderen

) Vorrichtung für Prüfzwecke die eigentliche Prüfung vorgenommen werden kann. Zur Fortsetzung der Bohrarbeiten muß dann das Prüfgerät wieder herausgezogen und das ursprüngliche Bohrwerkzeug wieder eingesetzt werden. Diese zeitraubenden und kostspieligen Arbeiten sind in vieler Hinsicht beim Bohrbetrieb äußerst unerwünscht, besonders wenn es sich um Tiefbohrungen, z.B. in 6000 m tiefen Bohrlöchern, handelt.

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In den Lynes erteilten Patenten wird versucht, die Nachteile der bekannten Prüfverfahren durch Verwendung einer . Dichtungsvorrichtung zu eliminieren, die im Bohrwerkzeug über dem Bohrmeissel angebracht ist und einen über daß Gestänge bedienbaren Betätigungsmechanismus zum radialen Aufspreizen der Dichtungsvorrichtung enthält, sodaß eine Dichtung an der Wandung des Bohrlochs vor dem Prüfen des Gesteinsmaterials am Grund des Bohrlochs hergestellt werden kann. Nach dem Prüfen wird die Dichtungsvorrichtung wieder zusammengeklappt und es ist auf diese Weise möglich, vorübergehend den Unterteil des Bohrlochs zu isolieren und von der während des Bohrbetriebs durch das Bohrloch zirkulierenden Flüssigkeit abzutrennen und eine Prüfung oder Behandlung des Gesteinsmaterials über die Bohrvorrichtung vorzunehmen, die dabei im Bohrloch verbleibt.

Die Dichtungsvorrichtung von Lynes hat die Form eines länglichen Zylinders aus elastischem Material, z.B. Gummi, der über eine rohrförmige, Spindel genannte Verlängerung des Bohrgestänges geschoben wird, am oberen Ende an der Spindel befestigt wird und am unteren Ende an einer rohrförmigen Antriebsmuffe anliegt, die ihrerseits über die Spindel geschoben ist und einen Bohrmeißel an ihrem unteren Ende trägt. Unterhalb der Dichtungsvorrichtung ist eine verkeilte Verbindung zwischen der Spindel und der Antriebsmuffe ange-

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bracht, um die beiden Teile in verschiedenen Stellungen miteinander zu verkoppeln, in denen die Dichtungsvorrichtung entweder in Längsrichtung auseinandergezogen und in Radialrichtung zusammengeschoben ist, wie beim normalen Bohrbetrieb, oder in Längsrichtung zusammengeschoben und in Radialrichtung aufgespreizt ist, wie beim Abdichten, wobei das Bohrwerkzeug über die verkeilte Verbindung angetrieben werden kann, während die Dichtungsvorrichtung in Radialrichtung zusammengeschoben ist.

Um die Spindel und die Muffe von einer Stellung in die andere zu bringen, ist eine Nockenkupplung zwischen der Muffe und der Spindel im zweiten Patent von Lynes vorgesehen, mit der die Vorrichtung stufenweise um die Spindel durch Auf- und Abbewegen derselben relativ zur Antriebsmuffe weitergeschaltet werden kann.

Zweifellos stellen Lynes Erfindungen einen wesentlichen Fortschritt in der Bohrtechnik dar, doch haben sich beim Betrieb der Vorrichtungen Schwierigkeiten ergeben, die vor allem vom Abrieb der Dichtungsvorrichtung bei deren Anliegen oder Scheuern an der Bohrlochwand herrühren, da die Dichtung gewöhnlich nicht ganz in die zusammengeschobene Stellung zurückkehrt. Eine unvollständige Rückkehr in die zusammengeschobene Stellung kann dadurch bewirkt werden, daß die Dichtungsvorrichtung zunächst nicht völlig aufgespreizt wurde,

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oder daß ein beträchtlicher Flüssigkeitsdruck von unten auf die Dichtungsvorrichtung wirkt, oder daß die oberhalb der Dichtungsvorrichtung um das Gestänge zirkulierende Bohrflüssigkeit einen Druck ausübt. Auch kann eine Abnutzung der Dichtung durch seitliche Verschiebungen des Gestänges im Bohrloch während des Bohrbetriebs erzeugt werden, da die drehbare Anbringung der Dichtungsvorrichtung nach Lynes ein Scheuern der Dichtung an der Bohrlochwandung und damit eine Abnutzung der Dichtung nicht verhindern kann.

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Dichtungsvorrichtung und zugehörige Betätigungsvorrichtung mit den Vorteilen der Erfindung von Lynes, doch sind die erfindungsgemäßen Vorrichtungen außerdem so aufgebaut, daß die Dichtungsvorrichtung ganz in ihre zusammengeschobene Stellung zurückkehrt und in ihr festgehalten wird, sodaß ein Scheuern an der Bohrlochwand und damit ein Abrieb der Dichtung verhindert werden. Zusätzlich wird der die Dichtung enthaltende Teil des Bohrwerkzeugs in der Mitte des Bohrlochs gehalten, sodaß die Dichtung nicht an der Bohrlochwand infolge seitlicher Verschiebungen des Bohrwerkzeugs oder des Gestänges während des Bohrbetriebs scheuern kann.

In der im folgenden als Beispiel beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist eine neuartige Rückziehvorrichtung zwischen das untere Ende der Dichtungsvorrichtung

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und das obere Ende der Antriebsmuffe eingesetzt und mit ihrem oberen Ende mit der Dichtungsvorrichtung verbunden. Die Rückziehvorrichtung' ist normalerweise an ihrem unteren Ende in der Spindel eingeklinkt, um die Dichtungsvorrichtung in ihrer in Längsrichtung auseinandergezogenen, in Radialrichtung zusammengeschobenen Stellung für den Bohrbetrieb zu halten. Während des zum Aufspreizen der Bohrvorrichtung benötigten BewegungsVorgangs wird die Eückziehvorrichtung ausgeklinkt, um das untere Ende der Dichtungsvorrichtung zur Bewegung längs der Spindel freizugeben. Dann wird die Rückziehvorrichtung längs der Spindel zusammen mit der Dichtungsvorrichtung verschoben, während letztere in die die Dichtung an die Bohrlochwand andrückende Stellung aufgespreizt wird. Beim Zusammenschieben der Dichtungsvorrichtung in Radialrichtung wird die Rückziehvorrichtung in die Antriebsmuffe eingeklinkt, sodaß die Dichtungsvorrichtung mit Sicherheit in die in Längsrichtung auseinandergezogene Stellung übergeführt Ψ wird. Die Rückziehvorrichtung wird automatisch wieder an die Spindel angekuppelt, sobald die Stellung erreicht ist, in der die Dichtung in Längsrichtung der Spindel ausgedehnt ist.

Die Rückziehvorrichtung ist außerdem zwischen obere und untere Sperren eingesetzt, die ausgekuppelt werden können, um ein Weiterschalten der Antriebsmuffe zu ermöglichen, und die wieder eingekuppelt werden können, um das untere Ende

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der Dichtungsvorriehtung fest mit dem oberen Ende der Antriebsmuffe zu verbinden und damit das Aufnehmen eines abgelösten Bohrmeissels zu ermöglichen. Mindestens ein drehbarer Stabilisator mit einem größeren Durchmesser als die zusammengeschobene Dichtungsvorrichtung ist am Bohrwerkzeug neben der Dichtungsvorrichtung angebracht, um dieselbe in der Mitte des Bohrlochs zu halten und ein Heiben der Dichtung an der Bohrlochwand zu verhindern.

Eine weitere Verbesserung in der Bohrvorrichtung von Lynes wurde durch Abwandlung der Keilnuten-Verbindung erzielt, sodaß die Belastbarkeit der Verbindung erhöht und ein Verbiegen der aneinander anliegenden Teile vermieden wird. Ferner wurde die Anordnung der Durchlaßöffnungen im Bohrwerkzeug geändert, sodaß dieselben stets geschlossen sind, es sei denn, die Dichtungsvorrichtung ist aufgespreizt. Die Durchlaßöffnungen werden mit Sicherheit geöffnet, auch wenn Veränderungen in der zum Abdichten des Bohrlochs notwendigen Wegstrecke der Versatzbewegung der Spindel in Bezug auf die Muffe auftreten.

Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.

Figur 1 ist ein Aufriß einer Bohrvorrichtung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen und zeigt die Bohrvorrichtung in

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einem Bohrloch vor den Bohr- oder Prüfarbeiten, mit der Dichtungsvorrichtung in ihrer zusammengschobenen Stellung.

Figur 2 ist ein Querschnitt der Bohrvorrichtung längs der in Figur 1 mit 2-2 bezeichneten Linie am oberen Ende der Antriebemuffe und längs der in Figur 8 mit 2-2 bezeichneten Linie.

Figur 5 ist ein Querschnitt längs der in Figuren 1 und 8 mit 3-5 bezeichneten Linien.

fe Figur 4 ist ein Querschnitt ähnlich Figur 2 längs der

in Figuren 1 und 8 mit 4-4 bezeichneten Linien.

Figur 5 ist ein Figur 2 ähnelnder Querschnitt längs der in Figuren 1 und 8 mit 5-5 bezeichneten Linien.

Figur 6 ist ein Figur 2 ähnelnder Querschnitt längs der in Figuren 1 und 8 mit 6-6 bezeichneten Linien.

Figur 7 ist ein Figur 2 ähnelnder Querschnitt längs der in Figuren 1 und 8 mit 7-7 bezeichneten Linien.

Figur 8 ist ein vergrößerter teilweiser Querschnitt in Längsrichtung der Bohrvorrichtung, längs der in Figur 1 mit 8-8 bezeichneten Linie, und zeigt Teile der Vorrichtung im Aufriß.

Figur 9 ähnelt Figur 8, zeigt aber Teile der Vorrichtung in anderen Stellungen, wie sie dem Bohrbetrieb entsprechen.

Figur 10 ähnelt Figur 8, zeigt aber Teile der Bohrvorrichtung in einer Stellung, in der die Dichtung zusammen-

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geschoben wird.

Figur 11 ähnelt Figur 8, zeigt aber Teile der Bohrvorrichtung in Stellungen, die dem voll aufgespreizten Zustand der Dichtungsvorrichtung entsprechen.

Figur 12 ist eine Seitenansicht der Rückziehvorrichtung, wobei der Mittelteil zur Verbesserung der Darstellung aufgeschnitten ist.

Figur 15 ist eine Abrollung der Verkeilung und der Teile der Nockenkupplung und zeigt das Fortschalten der Antriebsmuffe an der Spindel in schematischer Form.

Figur 14 ist ein vergrößerter Querschnitt der mit Kreisbogen 14-14 in Figur 9 umschlossenen Teile und zeigt die in die Spindel eingeklinkte Rückziehvorrichtung im Zeitpunkt des Ausklinkens.

Figur 15 ähnelt Figur 14 und zeigt die ausgeklinkte Stellung beim Aufspreizen der Dichtung in dem vom Kreisbogen 15-15 der Figur 11 umschlossenen Gebiet.

Figur 16 ähnelt schließlich Figur 14 und zeigt die Stellung der eingeklinkten Teile beim Zusammenschieben der Dichtungsvorrichtung in dem vom Kreisbogen 16-16 in Figur 10 umschlossenen Gebiet.

Gemäß den Figuren umfaßt die Bohrvorrichtung zum Bohren eines Bohrlochs 21 ein hohles, von der Erdoberfläche in das Bohrloch herunterhängendes Gestänge 22 und eine am

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unteren Ende des Gestänges angebrachtes Bohrwerkzeug mit einer mit einem Verbindungsstück 24 am unteren Ende des Gestänges angebrachten Spindel 23 (Figuren 8 - 11)» einer biegsamen, in Radialrichtung aufspreizbaren, über die Spindel geschobenen Dichtungsvorrichtung 25 zur Herstellung einer Abdichtung an der Bohrlochwand, und einer auf die Spindel unterhalb der Dichtungsvorrichtung aufgesetzten, muffenartigen Antriebsvorrichtung 27 mit einem bekannten Bohrmeissel 28 am unteren Ende der Spindel. Dichtungsvorrichtung 25 ist an ihrem oberen Ende an Spindel 23 mittels eines Verbindungsstücks 24- befestigt und kann sich längs der Spindel unterhalb dieses Verbindungsstücks verschieben. Die drehbare, muffenartige Antriebsvorrichtung ist an das untere Ende der Dichtungsvorrichtung angehängt und kann sich in Längsrichtung der Spindel verschieben.

Um die muffenartige Antriebsvorrichtung 27 an die Spindel 23 zwecks Kraftübertragung anzukoppeln, d.h. um sie drehen und in Vertikalrichtung verschieben zu können, sind zusammenpassende Keilelemente 29, 30 (Figuren 4» 6, 8 - 11 und 13) an der Innenseite eines Zwischenstücks 31 der Antriebsvorrichtung 27 und auf dem benachbarten Spindelabschnitt angeordnet. Keilelement 29 umfaßt mehrere längliche, in Abständen angebrachte Keilstangen; auf dem Keilelement 30 auf der Spindel sind in entsprechenden Abständen Keilnuten

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in einem über, den Eeilstangen an der Spindel angeschweißten Walzenkörper 32 angebracht. Die Keilnuten sind an ihren unteren Enden offen (Figur 8) um eine Passung für die Keilstangen zu ergeben, und sind oben so angeschlossen, daß ihre oberen Enden 35 an den oberen Enden der Keilstangen anliegen, wenn die Spindel und die Antriebsvorrichtung in der zum Bohrbetrieb vorgesehenen Stellung sind· Die für die Beschreibung gewählte Zahl von 3 Keilelementen ist willkürlich gewählt und kann den jeweiligen Verhältnissen entsprechend abgeändert werden.

Zwischen jedem Paar von Keilelementen 30 befindet sich eine längere Keilnute 34 (siehe Figuren 3_t 4 und 8 - 11), die sich nach oben in den Walzenkörper 32 über die Enden 33 der Keilnuten 30 hinaus erstreckt. Drei längere Nuten wechseln damit mit den für den Bohrbetrieb vorgesehenen Keilnuten ab und nehmen die Keilstangen 29 der Antriebsvorrichtung 27 auf, wenn dieselbe um einen gewissen Betrag um die Spindel gedreht wird. Die muffenartige Antriebsvorrichtung kann sich damit auf der Spindel nach oben über die im Bohrbetrieb eingehaltene Stellung hinaus in die zur Dichtung benötigte Stellung bewegen, sobald die Keilstangen auf die verlängerten Keilnuten 34 ausgerichtet sind.

Die Relativbewegung der Spindel 23 und der Antriebsvorrichtung 27 in Längsrichtung über die beim Bohrbetrieb eingenommene Stellung hinaus wird zum Zusammendrücken der Dichtung 25 in Längsrichtung und zu ihrem Aufspreizen in Radialrichtung

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verwendet um für Prüfzwecke eine Dichtung an der Bohrlochwand herzustellen. Der Oberteil der Dichtung besteht aus einer länglichen Muffe aus einem geeigneten Material, wie Gummi oder Kunststoff, und ist an der Spindel mit Schrauben 35 befestigt, die in das obere Ende der Dichtungsmuffe eingelassen sind und sich nach oben durch einen an der Dichtungsmuffe angebrachten Ring 37 und einen am unteren Ende des Verbindungsstücks 24 angebrachten Flansch 38 erstrecken.

W Das Verbindungsstück ist mit Gewinden an das untere Ende des Gestänges 22 und an das obere Ende der Spindel angeschraubt. Ein Dichtungsring 39 verhindert den Durchtritt von Flüssigkeit aus der Ringzone 40 im Bohrlochraum in den Zwischenraum zwischen der Dichtung und der Spindel. Ein zweiter Flansch 41 ist mit Schrauben 42 am Endstück 43 befestigt, das auf der Spindel gleiten kann und an einem ähnlichen, an das obere Ende der Antriebsvorrichtung 27 montiertem Endetück anliegt, um eine Aufwärtsbewegung der Antriebsvorrichtung an das untere Ende der Dichtung zu übertragen.

Die Aufwärtsbewegung hebt damit das untere Ende der Dichtung 25 längs der Spindel 23 an, während das obere Ende der Dichtung mit der Spindel verbunden bleibt. Die Dichtung wird dadurch in Längsrichtung zusammengedrückt, verbreitert sich nach außen zu der in Figur 10 gezeigten Zwisciütens te llung

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und kommt schließlich in die in Figur 11 gezeigte Dichtungsstellung, in der die Keilstangen 29 auf die verlängerten Keilnuten 34 ausgerichtet werden. Andrerseits ergibt eine nach unten gerichtete Bewegung der Antriebsvorrichtung aus der in Figur 11 gezeigten Dichtungsstellung eine Verlängerung der Dichtung über die in Figur 10 gezeigte Stellung in die in Figur 8 gezeigte entspannte Stellung.

Zur wahlweisen Ausrichtung der Keilstangen 29 auf die langen Keilnuten 34 oder auf die kurzen, zum Bohrbetrieb dienenden Keilnuten 30 ist eine Hockenkupplung 47 (Figuren 8-11) vorgesehen, die von Auf- und Abbewegungen der Spindel 23 in der muffenartigen Antriebsvorrichtung 27 betätigt wird und dabei dieselbe schrittweise um die Spindel weiterschaltet, wobei jeweils ein Schritt bei einer Auf- und Abbewegung ausgeführt wird. Die zwischen benachbarten Vertiefungen 29, im Walzenkörper 32 aufragenden Fortsätze 48 sowie die unteren Enden der Keilstangen 29 stellen Teile der Nockenkupplung dar, die ferner einen an der Spindel unterhalb des Walzenkörpers befindlichen Zylinder 49 umfaßt. Zwischen diesem Zylinder und den unteren Enden der Fortsätze 48 verbleibt ein ringförmiger Raum, der mindestens so lang wie die Keilstangen ißt. Der Kupplungszylinder 49 ist mit Stiften 50 aa unteren Ende der Spindel befestigt.

Aa oberen Ende des KupplungsZylinders 49 sind mehrere Bastzähne 51 mit länglichen Seitenkanten 52 und abgeschrägten,

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gegenüberliegenden Seitenkanten 53 vorgesehen. Die Spitze jedes Zahns befindet sich in der Mitte der Keilnuten 34, während das Ende jeder abgeschrägten Seitenkante 53 in der Mitte der nächsten Keilnute 30 für den Bohrbetrieb liegt. Die unteren Enden 54 der Fortsätze 48 sind zu den Spitzen hin abgeschrägt und jede Spitze befindet sich über einer abgeschrägten Seitenkante 53 eines Rastzahns. Die unteren Enden der Keilstangen 29 sind zweekmäßigerweise parallel zu diesen Kanten abgeflacht.

Bei» Herunterlassen der Bohrvorrichtung 20 in das Bohrloch 21 (Figuren 1 und 8) sind die Antriebsvorrichtung 27 und der Bohrmeissel 28 über die Keilstangen 2g an die Spindel 23 angehängt. Die Keilstangen sitzen in drei der Einschnitte zwischen den Kupplungszähnen 51 und begrenzen damit die Verschiebung der Antriebsvorrichtung auf der Spindel nach unten. Nachdem der Bohrmeißel den Boden des Bohrlochs 57 berührt Mat, führt ein weiteres Absenken des Gestänges zu einer Verschiebung der Spindel nach unten, wobei der Kupplungszylinder 49 von den Keilstangen 29 abgekuppelt und nach unten bewegt wird.

Fftlls die Keilatangen 29 auf die drei Fortsätze 48 ausgerichtet sind, die sich links von den kürzeren Keilnuten 30 für den Bohrbetrieb befinden (Figur 8), bringt das Herunterlassen der Spindel 23 die abgeschrägten unteren Enden

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der Fortsätze in Berührung mit den oberen Enden der Keilstangen, wodurch dieselben in der in Figur 6 gewählten Dar-• Btellung nach rechts oder im Uhrzeigersinn gedreht werden und in Eingriff mit den Keilnuten für den Bohrbetrieb kommen. Die Antriebsvorrichtung 27 wird damit in der gleichen Richtung weitergeschaltet. Wie aus Figur 9 ersichtlich, gleiten die Keilstangen dann in die Keilnuten für den Bohrbetrieb und sitzen in den unteren Enden derselben ein. Die hierbei stattfindende Bewegung in Längsrichtung reicht nicht zum Aufspreizen der Dichtung 25 aus. Durch über die Walze 32 an die Keilstangen ausgeübte Druck- und Drehkräfte wird der Bohrmeissel 28 dann gedreht und in das Gestein getrieben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine wesentliche Verbesserung der zweiten Erfindung von Lynes insofern dar, als die oberen Enden der Keilstangen 29 und der Keilnuten 30 Teile eines Quadrats bilden, sodaß die sich gegenüberliegenden Flächen im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Bohrvorrichtung liegen. Es stellte sich heraus, daß die Abschrägungen an den oberen Enden der erfindungsgemäßen Keilstangen von Lynes unwesentlich für das Einrasten der Antriebsvorrichtung 27 waren und sogar die Belastbarkeit der Keilnutenverbindung herabsetzten, im Betrieb deformiert wurden und Schwierigkeiten beim Betrieb der Bohrvorrichtung ergaben. Die quadratischen Endabschnitte der vorliegenden

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Erfindung gewährleisten eine günstigere Verteilung der Belastung.

Wenn ein Aufspreizen der Dichtung 25 zum Abdichten des Unterteils des Bohrlochs 21 für Prüfzwecke erwünscht ist, wird das Gestänge angehoben, um die Spindel 23 in der Antriebsvorrichtung 27 nach oben zu ziehen, bis der Kupplungszylinder 49 mit den abgeschrägten unteren Enden der Keilstangen 29 in Eingriff kommt und diese nach rechts schiebt. Anschließendes

" Senken des Gestänges schiebt die abgeschrägten unteren Enden 54 der Portsätze 48 in Eingriff mit den quadratischen oberen Enden der Keilstangen. Dies schaltet die Keilstangen und die Muffenanordnung nach rechts weiter und richtet die Keilstangen auf die länglichen Dichtungsnuten 34 aus, sodaß bei Portsetzung der Spindelsenkbewegung die Keilstangen nach oben in die längeren Nuten eingeschoben werden, wie in Figuren 10 und 11 dargestellt.

Die dabei in Längsrichtung der Muffenanordnung 27 stattfindende, über die zum Einschieben der Keilstangen 29 in die Nuten 30 hinsausgehende Bewegung der Spindel 23 preßt die Dichtung 25 in Längsrichtung zusammen, sodaß sie an den Bohrlochwänden anliegt. Nach Abschluß der Prüfarbeiten im Bohrloch ergibt ein weiteres Heben und Senken des Gestänges 22 ein Heben und Senken der Spindel, der Walze 32, und des Kupplungszylinders 49, wobei die Dichtung in ihre ausgedehnte,

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in Radialrichtung zusammengeschobene Stellung zurückgebracht wird. Die Antriebsvorrichtung 27 wird dabei in die Stellung weitergedreht, in der die Keilstangen 29 in den kürzeren Nuten 30 für den Bohrbetrieb sitzen.

Es ist ein Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung, daß das untere Ende der Dichtung 25 normalerweise an die Spindel 23 so angeschlossen ist, daß die Dichtung in Längsrichtung ausgedehnt und in Radialrichtung zusammengeschoben gehalten wird. Ein automatisches Ausklinken aus dieser Stellung findet statt, wenn die Keilstangen 29 sich in den Keilnuten 34 über die Enden der kurzen Nuten 30 hinausbewegen. Dabei verschiebt sich dann der untere Endabschnitt der Dichtung auf der Spindel zur Betätigung der Dichtung, worauf dieselbe in ihre gestreckte Stellung zurückkehrt und wieder an die Spindel angeklinkt wird, sodaß der zusammengeschobene Zustand der Dichtungsvorrichtung beim Bohnbetrieb gewährleistet ist. Zur Durchführung dieser Bewegung dient eine zwischen der Dichtung und dem Oberteil der Antriebsvorrichtung 27 eingesetzte Rückziehvorrichtung 60, die am unteren Ende der Dichtungsvorrichtung befestigt ist und auf der Spindel gleiten kann. Die Rückziehvorrichtung ist mit mindestens einer Klinke 61 versehen, die an einen Anschlag 62 auf der Spindel anliegt, wenn die Dichtung völlig ausgedehnt ißt. An der Innenseite des oberen Endabschnitts 63 der Antriebevorrichtung befindet sich ein Auslöser 64, der während der

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Abwärtsbewegung der Spindel in die Klinke eingreifen kann und dieselbe von der Spindel an einem bestimmten Punkt der Verschiebebewegung abheben kann. Der Auslöser schiebt die Klinke dabei an eine zweite Sperre 65 an der Muffenanordnung, sodaß die Rückziehvorrichtung 60 über die Spindel zurückgezogen werden und die Dichtung dabei während des Hebens und Senkens ausgedehnt bzw· zusammengedrückt werden kann.

In der vorliegenden Ausführungsform besteht die Rückziehvorrichtung 60 aus einem länglichen Zylinder (Figur 12), dessen Innendurchmesser so bemessen ist, daß der Zylinder auf der.Spindel 25 gleiten kann. Vom unteren Ende des Zylinders gehen fingerartige Fortsätze 67 aus und liegen an der Spindel unter dem unteren Ende der muffenartigen Antriebsvorrichtung an. Am unteren Ende jedes Fortsatzes befindet sich ein Klinkenteil 61 mit einem Absatz 61a an der Innenfläche, mit dem der Klinkenteil in der den Anschlag 62 bildenden, ringförmigen Vertiefung in der Spindel einrastet (Figuren 8-11 und 14).

Die fingerartigen Fortsätze 67 und der untere Endabschnitt des Zylinders sind aus einem Stück angefertigt. Die Fortsätze sind zweckmäßigerweise biegbar ausgeführt, um die Klinkenteile 61 nach innen, auf die Spindel und damit in die Vertiefung 62 in der Spindel zu pressen. Um den Herstellungsvorgang zu vereinfachen, können die obere und untere Hälfte der Rückziehvorrichtung getrennt angefertigt und durch

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eine Schweißnaht 68 miteinander verbunden werden.

Das obere Ende der Eückziehvorrichtung 60 ist mit ■.einem kreisrunden Flanech 69 versehen, der über den Ansatz 70 am Unterteil der Dichtungsvorrichtung 23 ragt. Die Unterseite des Halterings 41 ist in einem gewissen Abstand über dem Plansch 69 angebracht, s.odaß die Verbindung zwischen der Rückziehvorrichtung und der Dichtung einen toten Gang aufweißt und die Rückziehvorrichtung innerhalb der durch den Ansatz 70 und die Unterseite des Halterings gegebenen Grenzen bewegt werden kann. Längenänderungen der Dichtung werden damit bis zu einem gewissen Ausmaß ermöglicht. Ein Dichtungsring 71 verhindert den Austritt von Flüssigkeit über den Flansch 69 und durch das untere Ende der Dichtungsvorrichtung.

Wie aus Figur 8 ersichtlich, erstreckt sich die Rückziehvorrichtung 60 nach unten in den Kopf 44 am oberen Ende der muffenartigen Antriebsvorrichtung 27. Die einen Anschlag 62 darstellende Vertiefung in der Spindel 23 befindet sich beim Hinunterlassen der Bohrvorrichtung 20 in das Bohrloch 21 in der Nähe der Unterseite des Kopfs 44. Direkt unter dem Kopf 44 folgt ein mit einem Gewinde 72 an demselben angeschraubter, über die Rückziehvorrichtung gleitender, länglicher Zylinder, der den Oberteil der Antriebsvorrichtung , bildet und sich über die Fortsätze 67 erstreckt. Die Innenseite diesee Zylinders liegt an den Außenseiten der Klinken- ,

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teile 61 an und hält dieselben normalerweise in der Vertiefung

62 fest.

Der Auslöser 64 befindet sich innerhalb des Zylinders

63 in einem gewissen Abstand unterhalb der Klinkenteile 61 (Figur 8) und hat die Form einer Ringnocke, die an der Außenfläche der Spindel 23 gleitet und mit nach unten geneigten Außenflächen 73 versehen ist, um innerhalb der Unterseiten

^ der Klinkenteile 61 zu gleiten und sie aus der Vertiefung 62 zu drücken. Die Innenfläche der Ringnocke steht von der Spindel ab, um Beschädigungen derselben zu vermeiden.

Direkt über dem Auslöser 64 befindet sich im Zylinder 63 ein zweiter Anschlag 65, der aus einer Ringnut zur Aufnahme der Klinkenteile 61 im Zylinder 63 in der ausgeklinkten Stellung besteht. Die Oberseite des Anschlags 65 ist nach unten abgeschrägt und erstreckt sich über den Ansatz 61b an der Außenseite der Klinkenteile um die Rückziehvorrichtung 60 in der in Figuren 10 und 16 gezeigten Weise im Zylinder einzu-

' rasten. Menn. nach einer G-esteinsprtifung die Spindel innerhalb der Antriebsvorrichtung 27 nach oben gezogen wird, stoßen die Ansätze 61 an der Oberseite des als Vertiefung ausgebildeten Anschlags 65 an und halten damit die Rückziehvorrichtung fest, bis die Klinkenteile 61 wieder in die Vertiefung 62 einrasten. Wenn die Klinkenteile in die Vertiefung in der Spindel einrasten, springen sie aas der Vertiefung im Zylinder, wobei

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die Dichtung 25 beim Anheben der Spindel in der Antriebsvorrichtung auseinandergezogen wird. Anschließend bleiben dann die' Dichtung und die Rückziehvorrichtung in Bezug auf die Spindelbewegung in Ruhe, während die Antriebsvorrichtung in die Bohrstellung weitergeschaltet wird.

Zur Vereinfachung seiner Herstellung ist der Zylinder 63 aus zwei, mit der Schweißnaht 74 unterhalb der Vertiefung 65 verbundenen Abschnitten aufgebaut. Der obere Abschnitt ist in den Kopf 44 eingeschraubt, während der untere Abschnitt mit dem Gewinde 75 in das obere Ende eines im folgenden als obere Antriebsmuffe bezeichneten Zylinders 77 eingeschraubt ist. Wie aus Figur 8 ersichtlioh, ist der Walzenkörper 32 der Spindel 23 innerhalb der Antriebsmuffe angeordnet.

Im Gegensatz zu den in Lynes' Patenten beschriebenen drehbaren Dichtungsvorrichtungen kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht gegen das Gestänge verdrehen. Derartige Verdrehungen konnten erfahrungsgemäß den Abrieb der Diohtung durch Berührung mit den Bohrlochwänden.nicht verhindern. Die drehbare Anbringung der Dichtung wurde deshalb nicht länger angestrebt. Ein Reiben der Dichtung an den Wänden kann vermieden werden, einerseits durch die Rückziehvorrichtung 60, andrerseits durch Zentrierung des Dichtungeteils des Bohrwerkzeugs im Bohrloch. Zu diesem Zweck ist mindeetens ein drehbarer Stabilisator 78 an der Dichtung, z.B. am oberen

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Ende der Antriebsvorrichtung 27, vorgesehen. Derartige Stabilisatoren sind an sich bekannt und wurden bisher zur Erzielung gerader Bohrlöcher verwendet. Ihr größter Außendurchmesser ist etwas kleiner als der Bohrlochdurchmesser, doch wesentlich größer als der Durchmesser der zusammengeschobenen Dichtung. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Stabilisator 78 besteht aus einer länglichen, mit Rillen versehenen

^ Muffe 79 aus einem Material hoher Abriebfestigkeit, die auf einem Zylinder 80 befestigt ist. Zylinder 80 ist auf Zylinder 63 aufgeschoben und wird auf demselben unterhalb eines unter dem Kopf 44· angebrachten Rings 81 und oberhalb eines an der Außenseite des Unterteils des Zylinders 63 befestigten Ringteils 82 gehalten.

Ein zweiter, nicht dargestellter Stabilisator kann in ähnlicher Weise direkt über der Dichtung 25 montiert werden. Diese Stabilisatoren begrenzen die seitlichen Verschiebungen benachbarter Abschnitte des Bohrwerkzeugs und verhindern

™ damit, daß die zusammengeschobene Dichtungsvorrichtung an der Bohrlochwand anliegt.

Falls das Bohrwerkzeug aus irgendeinem Grund vom Gestänge 22 abgetrennt worden ist, wird es zweokmäßigerweise vor Wiederaufnahme des normalen Bohrbetriebs "gefischt". Das "Fischen" ist sehr weit entwickelt und macht von Spezialwerkzeugen Gebrauch, die dem Fachmann bekannt sind. Die erfin-

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dungsgemäße Vorrichtung ist so ausgebildet, daß sie im Bohrschlamm steckenbleiben und herausgefischt werden kann. Die •.Köpfe 43, 44 sind als Sperren mit Schaltzähnen 83 an den Enden ausgebildet. Diese Schaltzähne stehen miteinander im Eingriff, wenn die beiden Köpfe zusammengedrückt werden und verriegeln damit das untere Ende der Dichtungsvorrichtung mit der Antriebsvorrichtung 27. In ähnlicher Weise sind Zähne 84 (Figuren $ - 11) aa unteren Ende des Stabilisators 78 vorgesehen, die mit entsprechend geformten Zähnen am Ringstück 82 unterhalb des Stabilisators 78 im Eingriff stehen. Es ergeben sich damit zwei zusätzliche Sperren gegen eine Drehung des Stabilisators,

Beim Prüfbetrieb wird der Bohrmeissel 28 gegen den Boden 57 des Bohrlochs 21 gepreßt, wenn die zum Ausdehnen der Dichtung 25 verwendete Bohrvorrichtung 20 betätigt wird. Es ist dabei leicht möglich, daß die (nicht dargestellten) normalerweise zur Zirkulation von Flüssigkeit im Bohrmeissel vorgesehenen Kanäle verstopft werden. Eine zusätzliche Durchflußmöglichkeit für Flüssigkeiten in der Bohrvorrichtung wird zweckmäßigerweise unterhalb der Dichtungsvorrichtung angebracht. Die Flußrichtung hängt davon ab, ob eine Probe aus einer Gesteinsformation entnommen wird, oder ob eine Flüssigkeit zur Behandlung von Material eingeleitet wird. Durchflußkanäle für diese Zwecke sind an sich bekannt und es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung Hilfskanäle 85

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in der Antriebsvorrichttmg 27 über dem Bohrmeissel 28 vorzusehen, die nur offen sind, wenn die Gesamtvorrichtung zum Prüfen bzw. Behandeln von Gesteinsmaterial verwendet wird. Die Kanäle werden bei der Ausdehnung der Dichtung 25 geöffnet, unabhängig von den Bewegungen der Spindel 23 zur Ausdehnung der Dichtung, d.h. vom Ausmaß der Lageänderungen der Spindel bei der Herstellung eines dichten Abschlusses an der Bohrlochwand.

™ Wie in den Figuren 1 und 8 dargestellt, ist eine Reihe

derartiger Kanäle 85 ringförmig über den unteren Abschnitt der Antriebsvorrichtung 27, im folgenden untere Antriebsmuffe 87 genannt, verteilt. Eine zweite Reihe von Kanälen 88 ist in ringförmiger Verteilung in Spindel 23 angebracht und steht mit dem Innern der Spindel und damit mit dem Innern des Bohrgestänges 22 in Verbindung. Die Außenenden der Kanäle 88 öffnen sich durch den Kupplungszylinder 49 in eine längliche, ringförmige Verbindungskammer 89 um den Kupplungszylinder. Der

) Kammerraum wird durch Verjüngung des Außendurchmessers des ZylinderB innerhalb der Antriebsmuffe geschaffen und erstreckt sich sowohl über als auch unter die Kanäle 85.

Wenn die Bohrvorrichtung 20 in das Bohrloch 21 hinuntergelassen wird, befindet sich die Verbindungskammer 89 ein beträchtliches Stück über den Kanälen 85 in der unteren Antriebsmuffe 87 (Figur 8) und wird von derselben durch einen unterhalb der Kammer um den Kupplungszylinder 49 gelegten

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Dichtungsring 90 getrennt. Die Kanäle 85 sind damit geschlossen. Ein weiterer Dichtungsring 91 unterhalb der Kanäle verhindert ein Auslaufen von Flüssigkeit über das untere Ende der Spindel, auf die eine Stellschraube 92 aufgeschraubt und durch einen "Spirolox" Doppelring 92a unter dem Ende des Kupplungszylinders festgehalten wird. Wenn sich die Teile in der in Figur 9 gezeigten Stellung für den Bohrbetrieb befinden, bleiben die Kanäle 85 unterhalb der Verbindungskammer 89 und sind damit geschlossen.

Während der zusätzlichen, in Längsrichtung erfolgenden Relativbewegung zum Aufspreizen der Dichtung 25 werden die Kanäle 85 in der unteren Antriebsmuffe 87 auf die Yerbindungskammer 89 verschoben und gelangen damit über den Kupplungszylinder und die Spindel 23 in Verbindung mit Kanälen 88 und dem Innern der Spindel. Da die zum Betätigen der Dichtungsvorrichtung und zum Abdichten des Bohrlochs 21 benötigte Spindelbewegung von Fall zu Fall etwas variieren kann, empfiehlt es sich die öffnungen 85 in Abständen oberhalb oder unterhalb der genauen Mitte der Verbindungskammer 89 anzubringen. Die längliche Form der Kammer gewährleistet, daß die Kanäle freigegeben werden, selbst wenn die Wegstrecke, Über die die Spindelbewegung erfolgt, variiert.

Wie erwähnt, wird die Rückziehvorrichtung 60 zweokmäßigerweise aus zwei mit einer Schweißnaht 68 verbundenen Teilen angefertigt} auch empfiehlt es sich, den die Auslösenocke (Auslöser) 64 und den Anschlag 65 tragenden Zylinder 63

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aus zwei zusammengeschweißten Teilen anzufertigen. Die Herstellung der Antriebsmuffe 27 mit den Keilstangen 29 im Zwischenabschnitt 31 wird erleichtert, wenn die Antriebsvorrichtung aus mehreren, unabhängig voneinander hergestellten Teilen aufgebaut wird, die mit einer ersten, zwischen der oberen Antriebsmuffe 77 und dem Zwischenabschnitt 31 gelegenen Schweißnaht 93 und einer zweiten, zwischen dem Zwischenabschnitt und einem als mittlere Antriebsmuffe bezeichneten Zylinder 95 angebrachten Schweißnaht 94 miteinander verbunden sind. Die mittlere Antriebsmuffe ist mit einem Gewinde 97 auf die untere Antriebsmuffe 87 geschraubt, auf deren unteres Ende die Muffenverbindung 98 aufgeschraubt ist, uia die Muffenanordnung über eine oder mehrere Schwerstangen mit dem Bohrmeissel 28 zu verbinden. An geeigneten Stellen werden Dichtungsringe angebracht, um Flüssigkeit von bestimmten Teilen der Vorrichtung fernzuhalten bzw. um der Flüssigkeit nur zu bestimmten Stellen Zutritt zu verschaffen. Auch sind Vorrichtungen vorgesehen, die ein Schmieren der Vorrichtung bei Bedarf ermöglichen. Diese Vorrichtungen sind dem Fachmann bekannt und bedürfen keiner Beschreibung.

Der Betrieb der Bohrvorrichtung 20 und der Dichtungsvorrichtung 25 ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung, wird aber nochmals kurz dargelegt um die wesentlichen Vorteile der Erfindung zu erläutern. Nachdem das Bohrloch 21

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in der üblichen Weise gebohrt wurde und die Bohrvorrichtung ein Stück über dem Boden 57 des Bohrlochs aufgehängt wurde, wird der Bohrmeissel 28 auf den Boden des Bohrlochs hinuntergelassen. Die Antriebsvorrichtung 27 hängt dabei von der Spindel 23 in der in Figur 8 gezeigten Weise, da die Keilstangen 29 in das obere Ende- des mit der Spindel verbundenen Kuppluqgffiylinders 49 eingreifen.

Die Rückziehvorrichtung 60 wird dann an die Spindel 23 mittels der Klinkenteile 61 und des Anschlags 62 angeklinkt. Die Dichtungsvorrichtung 25 wird in Längsrichtung auf ihre volle Länge gestreckt und in Radialrichtung auf ihren kleinsten Durchmesser zusammengeschoben. In dieser Stellung stehen die Kanäle 85 in der unteren Antriebsmuffe 87 nicht mit der Verbindungskammer 89 in Verbindung und sind geschlossen. Falls Flüssigkeit durch die Bohrvorrichtung geleitet werden soll, ergibt der Bohrmeissel 28 den einzigen Ausweg für die FIübsigkeit.

Sobald der Bohrmeissel 28 den Boden des Bohrlochs erreicht hat, hört die nach unten gerichtete Bewegung der Antriebsvorrichtung 27 auf, und ein weiteres Hinunterlassen des Gestänges 22 schiebt die Spindel 23 nach unten durch die Antriebsvorrichtung, sodaß die Zähne 51 von den Keilstangen abgelöst werden und die fingerartigen Fortsätze 48 mit den quadratischen, offenen Enden 58 der Keilstangen in Eingriff

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rf-

kommen. Die Keilstangen werden damit nach rechts auf einen der Sätze der Nuten 30 oder 34 verschoben. Wenn es sich bei dem auf die Keilßtangen ausgerichteten Nutensatz um die kürzeren Keilnuten 30 für den Bohrbetrieb handelt und der Bohrbetrieb ohne Gesteinsprüfungen oder -behandlungen wieder aufgenommen werden soll, wird das Gestänge heruntergelassen, biß die quadratischen oberen Enden der Keilstangen an den quadratischen oberen Enden 33 der Nuten anliegen. Die Vorrichtung befindet sich dann in der in Figur 9 gezeigten Stellung für den Bohrbetrieb, in der das Bohrwerkzeug über die Keilnuten-Verbindung gedreht und gleichzeitig in das Gestein gedrückt werden kann.

Wenn die Keilstangen 29 in den Satz längerer Nuten eingerückt worden sind, läßt sich die, Vorrichtung in die Stellung zum Bohrbetrieb überführen, indem die Spindel 23 und der Kupplungszylinder 49 angehoben werden, bis die Kupplungsstangen mit den auf sie ausgerichteten Zähnen 51 im Eingriff kommen und dabei die Antriebsvorrichtung 27 um einen halben Schritt weiterdrehen. Darauf wird die Spindel gesenkt, bis die oberen Enden 58 der Keilstangen mit den abgeschrägten Fortsätzen 48 in Eingriff kommen und die Antriebsvorrichtung den verbleibenden halben Schritt weiterdrehen. Die Keilstangen gleiten dann in die kürzeren Nuten 30 und zu deren Endabschnitten, wie vorher beschrieben. Während dieser gesamten Bewegung bleibt die Rückziehvorrichtung 60 an die Spindel 23

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angeklinkt, um die Dichtung 25 in der in Längsrichtung ausgedehnten, in Radialrichtung zusammengeschobenen Stellung zu halten.

Um die Vorrichtung 20 von der Stellung für den Bohrbetrieb (Figur 9) in die Stellung für Prüfzwecke und Gesteinsbehandlung überzuführen (Figur 11), wird die Spindel 23 angehoben, bis die Zähne 51 in die unteren Enden der Keilstangen 29 einrücken und damit die Antriebsvorrichtung 27 einen halben Schritt von den kürzeren Nuten 30 wegdrehen. Anschließend wird die Spindel heruntergelassen, wobei die abgeschrägten Fortsätze 48 mit den oberen Enden der Keilstangen in Eingriff kommen und die Antriebsvorrichtung um den Betrag weiterdrehen, der benötigt wird um die Keilstangen auf die längeren Nuten 34 auszurichten. Weiteres' Herunterlassen der Spindel führt dazu, daß der Walzenkörper 32 längs der Keilnuten über die normale Bohrstellung hinausgleitet und damit die Auslösenocke 64 längs der Spindel verschiebt und mit den Klinkenteilen 61 in Eingriff bringt. Die Verschiebung geht über die in Figur 14 gezeigte Stellung hinaus, sodaß eine Fortsetzung der Verschiebung des Auslösenocken nach oben die fingerartigen Fortsätze 67 von der Spindel abspreizt und damit die Klinkenteile aus der inneren, als Anschlag dienenden Vertiefung 65 drückt.

Wie aus Figur 10 ersichtlich, wird die Rückzlenvor-. richtung 60 von der Spindel abgeklinkt und auf ihr nach

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oben verschoben, wenn die Sperren 43» 44 eingerückt werden und das untere Ende der Dichtungsvorrichtung 25 in Bezug auf ihr oberes Ende angehoben wird. Die Folge ist eine Ausdehnung der Dichtung in Radialrichtung, bis die Außenseite der Dichtung an der Bohrlochwand anliegt und damit den Unterteil des Bohrlochs abdichtet (Figur 11). Wenn dieser Zustand erreicht worden ist, befinden sich die Keilstangen 29 an den oberen Enden der längeren Nuten 34 (Figur 11) und die Verbindungskammer 89 befindet sich über den in Form eines Rings angeordneten öffnungen 85 in der unteren Antriebsmuffe und stellt damit eine Verbindung zu den öffnungen 88 her, um den Flüssigkeitsfluß durch die beiden Sätze von Kanälen am Bohrmeissel 28 zu leiten. Ψβηη. eine Abdichtung hergestellt wurde, ehe die Keilstangen 29 voll in die längeren Nuten eingerückt sind, kann das Aufspreizen der Dichtung bei einer anderen Stellung der öffnungen 85 zum Abschluß kommen, doch ist stets eine Verbindung mit den öffnungen 88 gewährleistet.

Wie im US-Patent 3,233,676 von Lynes beschrieben, kann ein (nicht dargestellter) Bohrlöffel in das Gestänge eingebracht werden, um BohrlochflüBsigkeit zu entfernen und damit den Druck in abgedichteten Unterteil des Bohrlochs 21 zu reduzieren. Im Gesteinsmaterial enthaltene Flüssigkeiten können dann in das Bohrloch eintreten und über das Gestänge abgenommen werden, oder eine Flüssigkeit kann durch das Gestänge nach unten gepumpt werden, ehe die Dichtung zur Entfernung

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der Bohrflüssigkeit betätigt wird. In diesem Fall wird der Pumpendruck nach Ausdehnung der Dichtung reduziert und die •Flüssigkeit vorzugsweise im gasförmigen Zustand abgelassen, um Prüfarbeiten vornehmen zu können.

Nach dem Abschluß der Gesteinsbehandlung oder Gesteinsprüfung wird das Gestänge 22 wieder in Bezug auf die Antriebsvorrichtung 27 angehoben, wobei die Spindel 23 und der Walzenkörper 32 in Bezug auf die Keilstangen 29 nach oben verschoben werden. Das obere Ende der Dichtungsvorrichtung wird mit der Spindel 23 angehoben, während ihr unteres Ende über die Rückziehvorrichtung 60 in die Vertiefung 65 ia Zylinder 63 eingeklinkt wird. Zylinder 63 stellt einen Teil der Antriebsvorrichtung 27 dar und wird deshalb nicht mitbewegt. Die Dichtung wird durch den Zug an ihren Enden in Längsrichtung gestreckt, bis die als Anschlag wirkende Vertiefung 62 der Spindel auf die Klinkenteile 61 ausgerichtet ist.

Die Federwirkung der Fortsätze 67 an der Rückziehvorrichtung 60 drückt die Klinkenteile 61 in die innere Vertiefung 62, nachdem sie aus der äußeren Vertiefung 65 gesprungen sind. Der Zylinder 63 kann eich deshalb in Bezug auf die Rückziehvorrichtung bewegen, d.h. er gleitet über die Klinkenteile in die in Figur 8 gezeigte Stellung bei Beendigung der Aufwärtsbewegung der Spindel.

Die Rückkehr der Dichtung 25 in die in Radialrichtung

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zusammengeschobene Stellung ist damit gewährleistet, selbst wenn die Dichtung nur teilweise aufgespreizt war. Das Einklinken der Dichtung verhindert ein unbeabsichtigtes Ausdehnen der Dichtung durch von unten wirkenden Flüssigkeitsdruck oder andere ausdehnende Kräfte. Dies und die Zentrierung durch den Stabilisator 78 verhindert ein Reiben der zusammengeschobenen Dichtung an der Bohrlochwand während des Bohrbetriebs. Die vorliegende Erfindung stellt damit eine Verbes-

" serung gegenüber bekannten Vorrichtungen ähnlicher Art dar und ermöglicht eine wirtschaftliche Anwendung der Vorrichtungen nach Lynes in der Praxis. Die Ziele der Erfindung werden in verhältnismäßig einfacher Weise erreicht. Die Erfindung kann ferner unter bestimmten, im Bohrbetrieb auftretenden Verhältnissen sehr vorteilhaft als Dichtung verwendet werden, die den Innenraum um das Gestänge abdichten und ein explosionsartiges Entweichen von öl oder ein Durchsickern von öl durch Spalten im unteren Teil des Bohrlochs verhindern kann. Eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert und beschrieben, doch können Abänderungen der Vorrichtungen und ihrer Funktionen im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden, deren Umfang ausschließlich durch die folgenden Patentansprüche gegeben ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Bohrvorrichtung, die am unteren Ende eines Gestänges angebracht und mit demselben angehoben und gesenkt werden kann, mit einer am unteren Ende des Gestänges angebrachten länglichen Spindel (23) und einer auf ihr verschiebbaren, mit einem Ende an derselben befestigten Dichtungsvorrichtung (25), deren anderes Ende auf der Spindel gleiten kann und die sich bei der Bewegung des verschiebbaren Endes zum festen Ende hin aufspreizen und bei der entgegengesetzten Bewegung in Längsrichtung zusammenziehen kann, gekennzeichnet durch eine am gleitenden Ende angebrachte, mit demselben verschiebbare Rückziehvorrichtung (60); eine eine Verbindung zwischen der Rückziehvorrichtung (60) und der Spindel (23) herstellende Rastkupplung, die die beiden Teile ineinander einrastet, wenn die Dichtungsvorrichtung (25) in Längsrichtung der Spindel (23) ausgedehnt wird; eine längs der Spindel (23) auf das gleitbare Ende derselben hin bewegliche, zum Ausdehnen der Dichtungsvorrichtung (25) dienende Vorrichtung mit einem während der Bewegung wirksam werdenden Auslöser (64) um die Rückziehvorrichtung (60) auszuklinken, sodaß sich das gleitbare Ende bewegen und die Dichtung (25) ausdehnen kann; und einer weiteren, zwischen der Rückziehvorrichtung und der Vorrichtung zum Ausdehnen der Dichtung (25) wirkenden Vorrichtung (Zylinder 63), die die Rückziehvorrichtung beim

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Zusammenschieben der Dichtung (25) längs der Spindel (23) zurückstellt.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine über die Spindel (23) geschobene, zum Ausdehnen der Dichtungsvorrichtung (25) herangezogene, muffenartige Antriebsvorrichtung (27), die sich auf die Dichtungsvorrichtung hin verschieben kann, und eine zwischen der Spindel (23) und der muffenartigen Antriebsvorrichtung (27) angebrachte

" Rückziehvorrichtung (60) mit einer Klinke (61), die in die Spindel (23) oder in die Antriebsvorrichtung (27) eingreift.

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückziehvorrichtung (60) mindestens eine an der Spindel (23) anliegende Klinke (61) enthält, und daß an der Spindel (23) ein erster Anschlag (62) zur Aufnahme der Klinke (61) vorgesehen ist, wenn die Spindel (23) sich in einer gewissen Stellung in Längsrichtung in Bezug auf die Rückziehvorrichtung (60) befindet.

fc 4. Bohrvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der erste AnscWag (62) als ringförmige Vertiefung in der Spindel (23) ausgebildet ist.

5. Bohrvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Rückziehvorrichtung (60) aus einer über die Spindel (23) geschobenen, in die Antriebsvorrichtung (27) ragenden Muffe besteht, und daß die Klinke mehrere die Spin-

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del umgreifende Klinkenteile (61) enthält, die mit biegbaren Fortsätzen (67) an die Spindel (23) gedrückt werden, .

6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Klinkenteile (61) und einen ersten Anschlag (62), sowie durch einen zweiten, in der muffenartigen Antriebsvorrichtung (27) angebrachten Anschlag (65) zur Aufnahme der Klinkenteile (61), wenn dieselben nicht in den ersten Anschlag (62) eingerastet sind.

7. Bohrvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der muffenartigen Antriebsvorrichtung (27) angebrachter, längs der Spindel (23) verschiebbarer, nockenförmiger Auslöser (64) bei der Auslösung die Klinkenteile (61) in den zweiten Anschlag (65) schiebt.

8. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine erste, am gleitbaren Snde der Dichtungsvorrichtung (25) angebrachte Sperre (43) und eine zweite, am benachbarten Ende der Antriebsvorrichtung (27) angebrachte Sperre (44), um einen Stabilisator (78) mit der Antriebsvorrichtung (27) zu verkoppeln, wobei die Rückziehvorrichtung (60) mit der ersten Sperre verbunden ist und sich in die zweite Sperre (44) erstreckt.

9. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch .mindestens einen drehbaren, an der Dichtungsvorrichtung (25) angebrachten Stabilisator (78), dessen Außendurchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser der zusammengeschobenen

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Dichtung (25) um ein Keiben der Dichtung an den Wänden des Bohrlochs (21) zu verhindern.

10. Bohrvorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anschlag (65) auf die Klinkenteile (61) ausgerichtet wird und dieselben aufnehmen kann, wenn der nockenförmige Auslöser (64) die Klinkenteile (61) aus dem ersten Anschlag (62) schiebt, sodaß sich eine Vorrichtung zum Anklinken der Rückziehvorrichtung (60) während der Rückstellbewegung ergibt.

11. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende der Rückziehvorrichtung (60) mit der Dichtungsvorrichtung (25) über eine Verbindung (Flansch 69, Ansatz 70, Haltering 41) mit totem Gang angekuppelt ist, sodaß eine begrenzte Bewegung der Rückziehvorrichtung (60) in Bezug auf die Dichtungsvorrichtung (25) in Längsrichtung möglich ist.

12. Bohrvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die als Zylinder ausgebildete Rückziehvorrichtung (60) über die Spindel (23) zwischen den Sperren (43, 44) geschoben iet, wobei das obere Ende der Rückziehvorrichtung mit der oberen Sperre (43) verbunden ist und sich ihr unteres Ende in die untere Sperre (44) erstreckt.

13. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine in Längsrichtung an der Spindel (23) befestigte Dichtungsvorrichtung (°5); eine unterhalb der Dichtungsvorrichtung (25) auf der Spindel (23) in Längsrichtung derselben

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verschiebbar angebrachte, muffenartige Antriebsvorrichtung (27); Vorrichtungen zur wahlweisen Verschiebung der Spindel (23) relativ zur Antriebsvorrichtung (27) zwischen einer zum Bohrbetrieb dienenden Stellung, in der die Antriebsvorrichtung (27) an der Spindel (23) nach unten gelassen wird und die Dichtungsvorrichtung (25) in Längsrichtung ausgedehnt und in Radialrichtung zusammengeschoben ist, und einer zur Abdichtung des Bohrlochendes dienenden Stellung, in der die Antriebsvorrichtung (27) an der Spindel (23) angehoben und die Dichtung in Längsrichtung zusammengeschoben und in Radialrichtung aufgespreizt ist; eine Vorrichtung zum Ankuppeln der Rückziehvorrichtung (60) an die Antriebsvorrichtung (27), wenn die Rückziehvorrichtung (60) von der Spindel (23) abgekuppelt ist und die Antriebsvorrichtung (27) sich längs der Spindel (23) in die Stellung zum Bohrbetrieb zurückbewegt, wobei die Dichtung (25) in Längsrichtung ausgedehnt und in Radialrichtung zusammengeschoben ist und in diese Stellung beim Übergang zum Bohrbetrieb verbracht wird, während die Rückziehvorrichtung (60) dabei wieder an die Spindel (23) angekuppelt wird.

14. Bohrvorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine zwischen die Spindel (23) und die Antriebsvorrichtung (27) eingesetzte Kupplung aus mit ihren gegenüberliegenden Endflächen ineinander eingreifenden Keilelementen (29, 30) zur nach unten gerichteten Übertragung von Kräften von der Spindel (23) an die Antriebsvorrichtung (27), wobei die End-

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as

abschnitte der Keilelemente (29, 30) quadratförmig ausgebildet sind und in einer zur Längsachse der Bohrvorrichtung senkrechten Ebene angeordnet sind.

15. Bohrvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (23) und die Antriebsvorrichtung (27) mit ersten und zweiten, eine Verbindung zwischen dem Innern der Spindel (23) und der Umgebung der Bohrvorrichtung herstellenden Kanälen (85, 88) versehen sind, die während der

W Überführung der Spindel (23) und der Antriebsvorrichtung (27) in die eine Abdichtung der Bohrlochbodens ergebende Stellung miteinander verbunden werden und in allen anderen Stellungen voneinander getrennt sind.

16. Bohrvorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine in Längsrichtung der Bohrvorrichtung verlaufende Verbindungskammer (89) zwischen der Spindel (23) und der Antriebsvorrichtung (27), um eine Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kanälen (85, 88) in bestimmten Stellungen

fe der Spindel und der Antriebsvorrichtung herzustellen und diese Verbindung zu unterbrechen, wenn die Dichtungsvorrichtung (25) nicht zumindest teilweise aufgespreizt ist.

17· Bohrvorrichtung naoh Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine aua elastisch deformierbarem Material hergestellte, in Radialrichtung sich beim Zusammendrücken in Längsrichtung aufspreizende, als Dichtung (25) verwendete Muffe und eine, einen Antrieb und Weiterschalten ergebende, zwischen der

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Spindel (23.) und der Antriebsvorrichtung (27) eingesetzte Kupplung (49, 32, 29, 30, 34, 48, 51, 53) zur Übertragung von Antriebskräften auf die Antriebsvorrichtung (27) und zum wahlweisen Weiterdrehen derselben um die Spindel (23), wobei die Antriebsvorrichtung (27) längs der Spindel (27) zwischen der Stellung für den Bohrbetrieb und der Stellung,

in der eine Abdichtung des Bohrlochs erzielt wird, bewegt werden kann.

18. Bohrvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen ringförmigen, in der Bohrstellung der Antriebs« vorrichtung (27) an der Innenseite derselben unterhalb des ersten Anschlage (62) befindlichen Auslöser (64).

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