DE2101969B2 - Ein- und ausziehbare Bohrvorrichtung - Google Patents

Ein- und ausziehbare Bohrvorrichtung

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DE2101969B2
DE2101969B2 DE2101969A DE2101969A DE2101969B2 DE 2101969 B2 DE2101969 B2 DE 2101969B2 DE 2101969 A DE2101969 A DE 2101969A DE 2101969 A DE2101969 A DE 2101969A DE 2101969 B2 DE2101969 B2 DE 2101969B2
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cutting edges
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drill
cutting
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Howard Daniel Salt Lake City Utah Link (V.St.A.)
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Norton Christensen Inc
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Christensen Diamond Products Co
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/64—Drill bits characterised by the whole or part thereof being insertable into or removable from the borehole without withdrawing the drilling pipe
    • E21B10/66—Drill bits characterised by the whole or part thereof being insertable into or removable from the borehole without withdrawing the drilling pipe the cutting element movable through the drilling pipe and laterally shiftable

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Description

Die Erfindung betrifft eine ein- und ausziehbare Bohrvorrichtung, die in Längsrichtung durch einen in einem Bohrloch eingesetzten rohrförmigen Bohrstrang bewegbar ist, mit einem am Bohrstrang befestigbaren Außenrohr, das eine Antriebsspindel aufweist, sowie mit einem Bohrmeißel, dessen Bohrschneiden in einer eingezogenen Stellung in Umfangsrichtung einander überlappend durch den Bohrstrang und in Längsrichtung innerhalb der Antriebsspindel und aus ihrer eingezogenen Stellung in eine herausge-
2 101 96S
3 4
irückte Stellung bewegbar sind, und mit miteinander g" .ΑωΓιίΐη"^ MetoXg'"»
η Eingriff bringbaren Kupplungstellen nn der Spindel Bolnschncdμ) 1J1 *r eeßenüber der älteren und der
iind an den ßihischneiden zu deren Befestigung an geselzl« ^"^Sffig wesentlich vergrößert
JLr Spindel in herausgedrückte! Stellung sowie einer De^n"lf"t^SS"S vorzugsweise in Umfang*-
Festhaltevorrichtung tür die Bohrschneiden ui ihrem 5 wcntarun erstreck, ,cn ^ ^^
herausgedrückten und mit der Spinde, gekuppelten r^^g Ausgedrückten, mit der Antriebsspinde
Geranie, Bohrvorrichtung bildet den Gegen- ^kup^engelUu^«j£S»£äff3^
stand des allein Patents 2 048 519. Hiernach kam. ^^„^^Ächener Schneidfläche verdie Bohrvorrichtung mit in einer eingezogenen Siel- to fai g"*1 W™ ^eise wird die Lebensdauer und
iun« befindlichen Bobrschneiden durch den Bohr- halten. Auf diese "?» erheblich erhöht,
^g hindurch zum Auswechseln oder Prüfen der Barleistung derJoh s ,hne.de einem ^
Bohrfchneiden zu einer Bohrplattform od. dgl. hoch- w^ "^^AaSangi wesentlich überstei-
gezogen werden, so daß es nicht erforderhch ,st, den nen^rc^es^™r ü hergesteift werden kann und die Bohrstrang zu diesem Zweck mit hochzuziehen, wah- ts fo^°S£TS1niffÄEener Stellung durch den
rend die Bohrschneiden andererseits m ihrer heraus- gX™d h^durch ztr Bohrplattform gezogen wer-
gedrückien, mit der Antriebsspindel gekuppelten Aj- ^hl??™f„
herstellung ein Bohrloch erzeugen, dessen Durch- den K™"?«-"; d Erfindung ergeben sich aus den
me'-scr erheblich größer ist als der Innendurchmesser ^ ~u '*"?*„Beschreibung in Verbindung mit des Bohrstrangs. In ihrer eingezogenen Stellung liegen » A^j*« und der Be ehr ^g^
die Bohrschneiden nach dem älteren Patent neben- der /.™*™^£ Erfindung näher veranschaulicht
einander. Trotz einer dabei vorgesehenen gegenseiti- Gegenstandes aer
gen Überlappung der Bohrschneiden in Umfangsnch- ist zeichnune zeigen . ..
fung, weisen die Bohrschneiden m der herausge- ^ f[ abii 3 gemeinsam einen Längsschnitt, teildrückten Arbeitsstellung in Umfangsrichtung Lucken *5 ^g-1J ™j£J?chl, durch eine Vorrichtung in einer
untereinander auf, die die Lebensdauer und Bohne-- we.se -uch in Ansi n^ d^ Schneidmechanismus m
stung der Bohrschneiden beeinträchtigen. ÜE "Zustand zur Längsbewegung durch einen ihn
Es ist ferner eine ein- und ausziehbare Bohrvor- seinem Zustana zur .^B* befindet, wobei
richtung bekannt (USA.-Patentschrift 3 437 159), die umgebenden Bohrlcrtunffjw gForisetzungen der
in ihrem Grundaufbau derjenigen nach dem gewann- 30 F g. 1 b, ic ^ ^ ^^
ten älteren Patent entspricht und deren Bohrschnei- f 1 g·1 a, 2d def, Fig. ia bis 1 d entsprechende
den ebenfalls in einer eingezogenen Stellung durch r|g/ . denen die Schneidwerkzeuge innerhalb
den Bohrstrang zu einer Bohrplattform hochgezogen ^"^,ί stranges und dessen unterer Spindel
werden können und in ihrer herausgedruckten Ar- ff^Se^Ldrucktem Zustand verriegelt sind,
herstellung ein größeres Bohrloch erzeugen, als es 35 in ^h auüen g ^^ Fortsetzungen der
dem Innendurchmesser des Bohrstrangs entspricht. "f*1/1*^ 2c sind, . , A
Die Bohrschneiden sind hierbei in der emgezogenen F,g 2a 2b te ^^ ^ Linie „ . p ld
Stellung übereinander und in .hrer auseinanderge- Jg- J Unteransicht nach Linie4-4 in F1 g- 2d
spreizten Arbeitsstellung mit gegenseitigem Winkel- Mg·* e» schematische Ansicht der oberen und
abstand angeordnet, so daß in Arbeitsstellung wie- 40 F^. g. 5 ^n n e ei S d C werkzeugsätze in ihrem zurückgezo-
derum in Umfangsrichtung Lucken zwischen den *£™nj^£-m bezug aufeinander, einzelnen Bohrschneiden vorhanden sind, die deren genen ^ ^a schematis B cne Ansicht der oberen und
Lebensdauer und Bohrleistung vermindern *^g Schneidwerkzeugsätze in ihrem nach außen
andererseits ein Bohrloch mit einem größeren Durch- ^obe^nd ^^ ^ .„ p, g. j d und
mieden sind. . . F i g. 8 eine isometrische Abbildung eines der unte-
,AiSSSg= » "p SÄ—*
S^SSSÄ Kti«Äh. AW*,* des Ve«,
unteren Satzes in Umfangsrichtung überlappen und 60 SchncdwerK .S^^.^ Teilansicht des Verhalt
die Schneiden des oberen Satzes alternierend zu den JM g. inem Td, des Trägers und einer
Schneiden des unteren Satzes angeordnet sind sowie "^^n Z^hneidwerkzeUg,
die Bohrschneid^n des oberen Satzes in Längsrichtung oberen bcnne^ isometri^he Ansicht d,, Trägerhulsc
entlang den Bohrichneiden des unteren Satzes unter g. teilwcisc weggebrochene isometrisch
derr^^'td-S^Ä^^; A^derSpinde,ZurVeranschau,ichungeiner,hre
ringförmig aufweitbar sind. Durch die ringförmige Ausnchtnute^ .sometrische Tdlansicht des Mechi
Aufweitung der Bohrschneiden des oberen und unte- r 6.
nismus des inneren Kernrohres nach Lösen von dem innerhalb der Antriebsspindel angeordneten Träger,
Fig. 15 einen Teillängsschnitt der Verriegelung zwischen dem Innenzylinder oder -rohr und des Schneidwerkzeug-Trägers.
Die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung weist einen einziehbaren Drillbohrereinsatz A auf, der durch einen sich zu einem (nicht dargestellten) Bohrgestell erstreckenden rohrförmigen Bohrstrang B angehoben und abgesenkt werden kann, durch den bei Aufbringung von Bohrgewicht ein Drehmoment durch die Vorrichtung übertragen wird Der untere Ansatz 10 des rohrförmigen Bohrstranges B ist mit einem Riegel-Kupplungszwischenteil 11 fest verschraubt, der seinerseits durch Verschrauben an einem Außenrohr 12 von erforderlicher Länge befestigt ist, dessen unteres Ende auf ein Zwischenstück 13 aufgeschraubt ist, das seinerseits mit dem oberen Teil einer Antriebsspindel oder eines -körpers 14 verschraubt ist, die bzw. der ein inneres Rechtsgewinde oder eine Schraubnut 15 aufweist, die an einer oberen Schulter 16 senkrecht zu der Spindelachse beginnt und an einer unteren Schulter 17, die in Richtung nach unten und außen divergiert, endet.
Der Drillbohrereinsatz A wird durch den Bohrstrang B angehoben und abgesenkt und mit der Antriebsspindel 14 an einem Tragrohr einer Buchse oder Hülse 18 verriegelt oder gekoppelt, die ihrerseits an einem Innenzylinder oder -rohr 19 gekoppelt sein kann, das einen beim Bohren in der Bodenformation entstehenden Kern aufnehmen kann. Das Innenrohr 19 weist eine Mehrzahl von miteinander verschraubten Rohrabschnitten auf, wobei sein unteres Ende mit einem Endteil 20 verschraubt ist, der eine zentrale Öffnung bzw. einen Hals 21 aufweist, durch den der Kern nach oben und in das Rohr tritt. Zum Verhindern des Herausfallens des Kernes aus dem Rohr ist ein in bekannter Weise arbeitender Fangring bzw. Kernheber 21α in dem Endteil 20 angeordnet. Das innere Kernrohr bzw. der Innenzylinder 19 hat eine erforderliche Länge, die z. B. 6 m, 10 m usw. betragen kann, und erstreckt sich nach oben in den Außenzylinder bzw. das Außenrohr 12 zu einem oberen Drehzapfen 22, so daß die Rotationsbewegung des Außenrohres beim Bohren in der Bodenformation nicht auf das Innenrohr übertragen wird.
Die Traghülse bzw. das Tragrohr 18 wird durch das Innenrohr 19 nach unten durch den Bohrstrang B und das Außenrohr 12 bewegt, wobei der Endteil 20 des Innenrohres eine Schulter 23 aufweist, die mit einer Gegenschulter 24in dem unteren Teil der Tragbuchse in Eingriff kommen kann, während der obere Teil der Tragbuchse als Klemmhülse 25 ausgebildet ist, die aus sich in Längsrichtung erstreckenden federartigen Armen 26 besteht, die in nach innen gerichteten Klemmfingern 27 enden, die sich in eine Umfangsnut 28 in dem Innenrohr hineinerstrecken können, die zwischen einem an dem Rohr befestigten Haltering 29 und dem unteren Ende 30 eines angrenzenden, oberen Innenrohrabschnitts vorgesehen ist. Wenn der Haltering in seiner Stellung an dem Innenrohr angeordnet ist, kann dessen nach oben divergierende Lippe 31 in einem sich nach unten und innen erstreckenden Haken an den Klemmfingern 27 (Fig. 15) aufgenommen werden, so daß das Hochziehen des Innenzylinders oder -rohres 19 den Haltering 29 veranlaßt, mit den Fingern in Hingriff zu kommen und die Tragbuchse 18 mit hochzuziehen.
Die Tragbuchse trägt einen oberen Satz einziehbarer und nach außen drückbarer Bohrfutter oder Schneidwerkzeuge 32, und der obere Satz trägt seinerseits einen unteren Satz einziehbarer und nach außen drückbarer Bohrfutter oder Schneidwerkzeuge 33, deren obere Teile die unteren Teile des oberen Satzes von Schneidwerkzeugen 32 in Umfangsrichtung überlappen und wie in F ig. 5, 6, 7 a und 7 b schematisch dargestellt, und alternierend zu diesen angeordnet sind. Die Schneidwerkzeuge 32 des oberen Satzes sind keilförmig ausgebildet, wobei die Seiten 34 eines jeden Schneidwerkzeuges in Richtung nach unten zueinander konvergieren, wogegen die ebenfalls keilförmig ausgebildeten Schneidwerkzeuge 33
t5 des unteren Satzes mit ihren Seiten 35 in Richtung nach oben zueinander konvergieren. Der obere Teil eines jeden oberen Schneidwerkzeuges 32 ist mit einem äußeren Schraubgewinde 36 versehen, um in das Innengewinde 15 der Antriebsspindel 14 einzugrei-
ao fen. Das gleiche gilt für den oberen Teil eines jeden unteren Schneidwerkzeuges 33, der mit einem äußeren Schraubgewinde 37 zum Eingreifen in das Schraubgewinde 15 der Antriebsspindel versehen ist.
Die c teren Schneidwerkzeuge 32 sind in Umfangsrichtung abstandsgleich zueinander angeordnet und hängen anfänglich an jeweils im Abstand zueinander angeordneten Aufnahmehaker. 38, die sich von dem oberen Ende eines jeden Schneidwerkzeuges 32 nach innen erstrecken, und die im Abstand zueinander angeordneten Aufnahmehaken 39 an der Tragbuchse übergreifen und mit diesen in Eingriff stehen; dabei weist die Tragbuchse sich in Längsrichtung erstrekkende äußere Nuten 40 und darüberliegende öffnungen 41 auf, um ein Absenken der Tragbuchse entlang dem oberen Satz der Schneidwerkzeuge oder Bohrfutter 32 zu ermöglichen, wenn diese, wie nachstehend beschrieben, nach außen gedrückt und in nach außen gedrückter Stellung verriegelt sind.
Der untere Satz der Schneidwerkzeuge oder Bohrfutter 33 hängt anfänglich, wenn er sich in zurückgezogener Stellung befindet, von dem oberen Satz der Schneidwerkzeuge 32 herab. Hierzu weist jedes obere Schneidwerkzeug an jeder seiner einander gegen-
überliegenden Seitenflächen 34 befestigte Nockenstifte 42 auf, die jeweils einen inneren Teil aufweisen, der sich in eine zur angrenzenden Seitenfläche 35 eines unteren Schneidwerkzeuges 33 öffnenden Längsnut 43 erstreckt, und einen äußeren Teil, der im Winkel zu dem inneren Teil gebogen ist und sich durch eine langgestreckte Nut 44 erstreckt, die sich zur rückwärtigen Fläche 45 des unteren Schneidwerkzeuges öffnet, wie dies deutlich aus Fig. 10 ersichtlich ist. Jede Rückennut 44 ist nahe und parallel zu einer Seite 35 des unteren Schneidwerkzeuges angeordnet, und jede ihrer zugehörigen seitlichen Längsnuten 43 ist nahe und parallel zu dem Rücken 45 eines jeden unteren Schneidwerkzeuges angeordnet. Somit hängt der untere Satz von Schneidwerkzeugen 33 während Absenkens der Tragbuchse 18 durch den Bohrstrang B und das Außenrohr 12 teilweise unterhalb des oberen Satzes von Schneidwerkzeugen 32 und wird von diesem getragen.
Der obere Schneidwerkzeugsatz hat obere Flächen 46, die an dem abgeschrägten unteren Ende 47 der Tragbuchse zur Anlage kommen, wobei das untere Ende der Tragbuchse das Überlappungsverhältnis zu den oberen Teilen 48 der unteren Schneidwerkzeuge
33 auf Grund dei Tatsache beibehält, daß sich seitlich nach außen erstreckende Sperrhaken 49 an dem oberen Teil der unteren Schneidwerkzeuge an der Innenwand des Bohrstranges R und des äußeren Kernrohres enf? inggleiten, die die oberen Teile unterhalb des unteren Endes 47 der Tragbuchsc festhalten. Oberhalb seines Sperrhakens 49 ist jedes untere Schneidwerkzeug mit einer Blattfeder 50 verseικ·η. die in eine Längsnut 51 in der Außenwand der Tragbuchsc hineinpaßt, die nach oben in eine Längsöffnung 52 in der Tragbuchse mündet und ermöglicht, daß letztere entlang dem unteren Satz von Schneidwerkzeugen 33 abgesenkt wird, wenn diese sich in nach nußen gedrückter Stellung befinden und wie nachstehend beschrieben an dem unseren Gewindeteil 15 der Antriebsspindel verriegelt sind. Die Blattfedern 50 liegen am Boden der Langsnut 51 an und drücken den Sperrhaken 49 nach nußen.
Um ein sachgemäßes Ausrichten zwischen den Schneidwerkzeugen 32, 33 und dem Schraubgewinde 15 der Antriebsspindel sicherzustellen, ist letztere mit einer Mehrzahl von spiralförmigen Ausrichteten 54 versehen, die sich von einer dicht über dem oberen Ende 16 'ies Schraubgewindeteils liegenden Punkt nach oben zu einer nach unten abgeschrägten Schulter 55 r.ihedem Außengewinde 56. das die Antriebsspinde! i4 mit dem darüberliegenden Zwischenstück 13 verbindet, erstreckt. Oie spiralförmigen Ausrichtnuten 54 sind in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnet und jeweils in einem solchen Winkel geneigt, daß das obere Eude einer Nut das untere Ende der angrenzenden Nut geringfügig in Umfangü richtung überlappt. Das Absenken des unteren Satzes von Schneidwerkzeugen 33 in die Antriebsspindel 14 veranlaßt die Sperrhaken 49 in die spiralförmigen Nuten 54 einzuschnappen, die alsdann sämtliche Schneidwerkzeuge 32. 33 und die Tragbuchse 18 als eine Einheit innerhalb der Spindel drehen, bis die Schneidwerkzeuge so weit absinken, drß die Haken 49 die unteren Enden der Nut verlassen und in einen vergrößerten Teil 57 der Antriebsspindel eintreten, der in ihrer nach oben gerichteten Schulter 16 endet, wobei die Haken 49 an der Schulter in Anlage kommen und die Gewindeteile 37 sich in einer Stellung befinden, in der sie nach außen gedrückt werden und in das innere Schraubgewinde 15 der Antriebsspindel eingreifen.
Wenn die Sperrhaken 49 an der Schulter 16 in Anlage kommen, kann der untere Schneidwerkzeugsatz 33 sich innerhalb der Spindel 14 nicht weiter nach unten bewegen. Die Schneidteile 58 eines jeden Bohrfutters 33 Hegen alsdann derart unterhalb des unteren Endes 17 der Spindel, daß sich üie Tragbuchse 18 in diesen nach unten bewegen und auch den oberen Schneidwerkzeugsatz 32 nach unten entlang dem unteren Schneidwerkzeugsatz 33 führen kann, wobei die Seitenflächen 34 des oberen Schneidwerkzeugsatzes an den zugeordneten Seitenflächen 35 des unteren Schneidwerkzeugsatzes entlanggleiten und beide Schneidwerkzeugsätze 32,33 nach außen drücken auf Grund der Notwendigkeit, in ihrem Umfang zuzunehmen, wenn sich der obere Satz der keilförmigen Schneidwerkzeuge nach unten zwischen den unteren Satz der keilförmigen Schneidwerkzeuge bewegt. Das untere Ende 47 der Tragbuchse ist an der oberen Ge genschulter 46 an den oberen Schneidwerkzeugen 32 in Anlage und drückt diese zwangläufig nach unten in die Antriebsspindel 14 und zwischen den unteren Sat/der Schneidwerkzeuge 33. Wenn die Schneidteile 59 des oberen Schneidwerkzeugsatzcs unterhalb des linieren bndes 17 der Antriebsspindel liegen, kann sich die Tragbuchse IH nach unten hinter beide Sätze der überlappenden Schneidwerkzeuge bewegen und drückt den. n Gewindeteile 36. 37 nach außen zu vollem Eingriff mit dem Innengewinde 15 der Antriehsspindvl. wobei tue oberen Teile des unteren Schneidwi-rk/eugsatzes sich entsprechend nach oben in die
ίο Nuten 51 und Öffnungen 52 in der Tiaghuchsc hin einbewegen und die oberen Ί eile des oberen Schneidwerk/eugsatzes einschließlich deren Aufnahmehaken 38 entlang den Nuten 40 und Öffnungen 41 in der Tragbuchsc 18 nach oben gleiten. Die Tragbuchsc
kann sich so weit nach unten bewegen, bis ihr unteres Ende 47 in in den unteren Teilen der Schneidwerkzeug vorgesehene Ausrichtnuten 60 hineinpaßt und sich darin verkeilt (Fig. 2d). Bei in dieser Stellung befindlichen "Teilen kommen die oberen Teile der
ίο Bohrfutter an einer abgeschrägten Schulter 61 in der Antriebsspindel 14 unmittelbar unterhalb eier Anschlagschulter 16 in Anlage, an der die Haken ruhen, so daß da« Bohrgewicht von der Antriebsspindel 14 über die Schulter 61 unmittelbar auf die Bohrfutter übertragen wird. Die Schneidwerkzeuge befinden sich in ihrer nach außen gedrückten Stellung, wobei die untere abgeschrägte Schulter 17 der Spindel an den abgeschrägten Gegenschultern 62 an den Bohrfuttern anliegt und hierdurch eine Abdichtung zwischen der Antriebsspindel 14 und den Bohrfuttern gegen einen Fliissi1 keitsciurchtritt zwischen diesen Teilen schafft. WV. ersichtlich, überdecken die Schneidwerkzeugsätze 32.33. wenn sie in ihrem nach außen gedrückten Zustand verriegelt sind, gemeinsam 100^t des Bohrerumfanges (Fig. 4. 6. 7b). Die Schneidwerkzeuge haben eine innere Längs-Frcischneidfläche 63, eine äußere Freischneidfläche 64. die sich seitlich über die Peripherie der Antriebsspindel 14 hinaus erstreckt, und eine dazwischenliegende Bohrsohlen-Schneidflä-
*o ehe 65, die sich zwischen den inneren und äußeren Frei^chncidflächen erstreckt. Diese Flächen können zur Durchführung des Schneidvorganges in der Bodenfonnation mit eingebetteten Diamanten 66 versehen sein.
Das obere Ende des inneren Kernzylinders oder -rohrs 19 ist mit einem Zwischenstück 70 verschraubt, das an ein geeignetes Außengehäuse 71 des Drehgelenks bzw. Drehzapfens 22 angeschraubt ist. Wie ersichtlich, umfabt das Drehgelenk einen nach innen ge-
richteten Gehäuseflansch 72, gegen den sich obere und untere Lager 73, 74 abstützen, wobei das untere Lager 74 an einer Mutter 75 anliegt, die auf einer Lagerzapfen 76 aufgeschraubt und durch eine geeig nete Kontermutter 77 an diesem verriegelt ist, um das obere Lager 73 an einer nach unten gerichteter Schulter 78 an dem Lagerzapfen anliegt, der in da untere Ende eines Riegelkörpers 79 eingeschraubt isi welcher mit ihm mittels einer auf den Lagerzapfe aufgeschraubten Kontermutter 80 verriegelt ist. De
Riegelkörper ist mit einem Querscblitz 81 zur Aui nähme seitlich verschiebbarer Riegel 82 versehen, di durch spiralförmige Druckfedern 83 nach außen g£ drückt werden, die zwischen den entgegengesetzt gc richteten Riegeln wirken, um diese in einer innere Umfangsriegelnut 84, die in dem Zwischenteil Il d< Außenrohres vorgesehen ist, bei Fluchten mit diesel einschnappen zu lassen. Das Zurückziehen der Rieg 82 aus der Ausnehmung 84 wird durch die Aufwärt
bewegung einer Rückzugstange K5 ermöglicht, die in Längsrichtung in dem Riegelkörper 79 verschiebbar ist und Rückziehstifte 86 trügt, die in Schlitzen 87 in den Riegeln angeordnet sind und mit an einer Seite der Schlitze ausgebildeten abgeschrägten Nockenfliithen 88 in Eingriff kommen können. Die Riickzugttange 85 ist zum Zurückziehen der Riegel 82 aus der Riegelnut 84 nach oben bewegbar, indem ein geeigneter Überwurf 89 mit einem an der Rück/.ugstange 85 befestigten Rückzugkopf 90 in Eingriff kommt. Der Riegelmechanismus als solcher ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung, da ein ähnlicher Mechanismus in der obenerwähnten USA.-Patentschrift 3 437 159 dargestellt und beschrieben ist.
Es sei angenommen, daß im Betrieb der Vorrichtung der Bohrstrang Ii. das Außenrohr 12 und die Antriebsspindel 14 in einem Bohrloch angeordnet sind und daß die Schneidwerkzeuge 32. 33 durch den Bohrstrang abgesenkt und mit der Antriebsspindel in nach außen gedrücktem Zustand verriegelt und damit zum Bohren bereit sind, und daß sie, sofern ein Kernrohr 19 vorhanden ist, einen Kern erzeugen, der sich in dem Kernrohr und relativ zu diesem nach oben bewegt. Der Überwurf 89 ist an dem Rückzugkopf 90 und dem inneren Kernrohr 19 befestigt, wobei der Träger bzw. die Buchse 18 sein unteres Ende umgibt, und die in eingezogener Stellung befindlichen Schneidwerkzeuge 32, 33 werden in den Bohrstrang B eingeführt, wobei der obere Satz von Schneidwerkzeugen 32 von dem Tragrohr und der untere Satz von Schneidwerkzeugen 33 von den oberen Schneidwerkzeugen herabhängt und sich hcide Schneidwerkzeugsätze in ihrem in Fig. 1 d, 3, 5 und 7 a dargestellten eingezogenen Überlappungszustand befinden. Das innere Kernrohr 19 und die von diesem herabhängenden Schneidwerkzeuge werden durch uen Bohrstrang B und in den Außenzylinder bzw. das Außenrohr 12 abgesenkt, wobei die Sperrhaken 49 sich nach außen in die schraubenförmigen Ausrichtnuten 54 bewegen, die alsdann die Schneidwerkzeuge und das Tragrohr 18 drehen und die Gewindeteile 36 37 in richtige Ausrichtung zu dem schraubenförmigen Innengewinde 15 der Antriebsspindel bringen.
Das Absenken wird fortgesetzt, bis die Sperrhaken 49 an dem unteren Schneidwerkzeugsatz 33 an der Schulter 16 angreifen. Ein weiteres Absenken des inneren Kernrohres 19 und des Tragrohres bzw. der Tragbuchse 18 zwingt den oberen Schneidwerkzeugsatz 32 aus der in Fi g. 1 d, 3, 5 und 7 a ersichtlichen Stellung nach unten zwischen den unteren Schneidwerkzeugsatz 33 in die in F i g. 2 d. 4,6 und 7 b veranschaulichte, nach außen gedrückte Stellung. Die Tragbuchse 18 bewegt sich alsdann hinter die beiden Schneidwerkzeugsätze, um diese in ihrem vollen Ausmaß nach außen zu drücken, wobei ihre Gewindeteile 36,37 voll in das Innengewinde 15 der Antriebsspindel eingreifen. Die sich hinter die Schneidwerkzeuge bewegende Buchse verkeilt sich mit ihrem unteren Ende 47 in der nach oben gerichteten V-förmigen Nut 60, die sich in Umfangsrichtung um die Schneidwerk zeuge 32, 33 herum erstreckt, und verriegelt dann diese Teile in ihrem voll nach außen gedrückten Zustand, wie in Fig. 2d veranschaulicht. Zu diesem Zeitpunkt sind die Riegel 82 gegenüber der Innennut 84 deiRiegelkupplungs-Zwischenteils 11 angeordnet, greifen in diese ein and verrieg^TÄda>intiete Kernrohr 1$ und daf Tfagrobf ifin ihfi| uwtfiFett Swlleng innerhalb 3es AuferaifflfeipipFOet Ätitfiebsspindel 14.
Das Herausdrücken und Verriegeln der Schneidwerkzeuge tritt bei in genügendem Abstand von der Bohrsohle angehobener Antriebsspindel 14 auf.
Wenn die Schneidwerkzeuge in ihrer Außenstellung verriegelt sind, kann der Bohrstrang B abgesenkt werden, um die Schneidwerkzeuge mit der Bohrsohle in Eingriff zu bringen. Der Bohrstrang und der gesamte Mechanismus können in der gewünschten Geschwindigkeit gedreht werden, wahrend durch den Bohrstrang und die Antriebsspindel Bohrgewicht unmittelbar auf die Schneidwerkzeuge aufgebracht und über die Schulter 61 der Antriebsspindel übertragen wird, die an den Gegenflächen an den oberen Teilen
»5 der Schneidwerkzeuge angreift. Alsdann wird Bohrflüssigkeit durch den Bohrstrang geleitet, die außen um den Riegel- und Lagerzapfenmechar.ismus 70 bis 90 herum und nach unten durch den Ringraum zwischen den Innen- und Außenrohren 19, 12 läuft und
ao durch die Tragbuchsc 18, am Ende des unteren Teils des inneren Kcrnrohies 19 sowie entlang der inneren Freischneidfläche 63 der Schneidwerkzeuge austritt, dann /ur Bohrsohle gelangt und die Schneid-»Späne« zum Reinigen der Flächen 63, 65, 64 der Schncidwerkzeuge seitlich nach außen spült und sie nach oben außen um das Außenrohr 12 und den Bohrstrang B herum zudem oberen Ende des Bohrloches befördert. Wenn die Schneidwerkzeuge den ringförmigen Teil der Bohrsohle abbohren, wird ein Kern gebildet, der nach oben durch den Auffangring und in das innere Kernrohr 19 tritt, und es wird in letzterem vorhandene Flüssigkeit nach oben durch eine Austrittsoffnung 95 in den Kopplungsteil 70 in dem Ringraum 94 gedrückt. durch den die Bohrflüssigkeit in Richtung nach unten bewegt wird.
Wenn der Kern auf die gewünschte oder eine Länge geschnitten worden ist, die ausreicht, um das Kernrohr im wesentlichen auszufüllen, wird der Bohrstrang B zum Abbrechen des Kernes um eine geringe Entfernung von der Bohrsohle angehoben, wobei der Fangring bzw. Kerngreifer 21 sich nach unten gegen die Schrägwand 97 des Endteils des inneren Kernrohres bewegt, das ihn fest an dem Umfang des Kernes verkeilt und dessen Herausfallen oder Herausziehen aus dem inneren Kernrohr verhindert. Alsdann kann der Überwurf 89 an einem Drahtseil 89a nach unten durch den Bohrstrang in Kopplungsbeziehung zu dem Rückzugskopf 90 abgesenkt werden, woraufhin ein Hochziehen des letzteren erfolgt, um die Rückzugstange 85 anzuheben und deren Rückziehstifte 86 zu veranlassen, die Riegel 82 aus der Umfangsnut 84 in dem Außenrohr herauszuziehen. Sodann kann das innere Kernrohr 19 hochgezogen werden, das das Tragrohr 18 mit nach oben bewegt und entlang den nach außen gedrückten Schneidwerkzeugen 32, 33 hochzieht, bis die Aufnahmehaken 39 an dem Tragrohr mit den Aufnahmehaken 38 an den eingezogenen Bohrfuttern oder Schneidwerkzeugen 32 in Eingriff kommen. Die Schneidwerkzeuge 32 werden in die Antriebsspindel 14 zurückgezogen und aus der Verkeilung mit den Bohrfuttern oder Schneidwerkzeugen 33 hochgezogen, wobei die Nockenstifte 42 an den oberen Schneidwerkzeugen in den Nuten 43, 44 der unteren Schneidwerkzeuge 33 nach oben gleiten, bis sie das obere Ende der Nuten erreichen, woraufhin
3:£ie die unteren Schneidwerkzeuge 33 nach eben zie-
fften und deren Zurückgehen nach innen zu der Antriebsspindel 14 bewirken. Die Schneidwerkzeuge
nehmen alsdann das in Fig. Id, 3 und schematisch auch in Fig. 5 und 7a veranschaulichte, eingezogene Verhältnis zueinander ein, wobei der effektive Satzdurchmesser der Schneidwerkzeuge 32, 33 kleiner als der Innendurchmesser der Antricbsspindel 14, des Außenrohres 12 und der Durchmesser der ganzen Länge des Bohrstranges B ist. so daß die gesamte Anlage alsdann an dem Drahtseil 89a zu dem Bohrgcstell hochgezogen wird.
Der Kern kann aus dem Kernrohr entfernt und die Anlage sodann wieder in den Bohrstrang eingefahren und in Stellung verriegelt werden. Bei Abnutzung der Schneidwerkzeuge können diese oben an dem Bohrloch ausgetauscht werden.
Soll nur das Kernrohr 19 entfernt werden, so kann der außen an dem inneren Kernrohr angebrachte Haltering 29 weggelassen werden, wobei die untere Sehrügseue 100 der Nut 28 verbleibt, die die Klemmfinger 27 aufnimmt und in der Lage ist, mit diesen in Eingriff zu kommen (Fig. 1 c). Bei weggelassenem Haltering kann die Vorrichtung nach wie vor in der beschriebenen Weise durch den Bohrstrang eingefahren und an der Antricbsspindel 14 verriegelt werden. Beim Hochziehen des Kerns veranlaßt die Aufwärtsbewegung des inneren Kernrohres 19 jedoch die untere Schrägfläche 100 des Kernrohres mit den Klemmfingern 27 in Eingriff zu kommen und sie aus dem Wege zu drücken, wobei das innere Kernrohr alsdann nach oben und vollständig aus dem Tragrohr 18 herausbewegt wird, das in seiner hinter den Schneidwerkzeugen 32, 33 verriegelten unteren Stellungverbleibt. Beim Wiedereinfahren des Kernrohres 19 in den Bohrstrang B und in eine Stellung, in der die Schulter 23 sich an die Gcgcnschulter 24 an dem Tragrohr anlegt, erstrecken sich die Riegel 82 wieder in die Umfangsnut 84 des Außcnruhres hinein, wobei der untere Teil des inneren Kernrohres 19 lediglich mit den oberen, inneren Schrägflächen der Klemmfinger 27 in Eingriff kommt und die Finger und ihre zugehörigen Federarmc 26 seitlich aus dem Weg drückt und diese Finger sich wieder in die Nut 28 nach außen ίο drücken, wenn das Innenrohr seine verriegelte Endstellung erreicht hat, in der es wieder zur Aufnahme eines weiteren Formationskernes bereit ist.
Der Haltering 29 kann wegfallen, außer wenn der Wunsch besteht, das Tragrohr 18 und die Schncidwerkzeuge 32, 33 aus der Antricbsspindel 14 herauszuziehen, da der Haltering, wie oben beschrieben, beim Hochziehen des inneren Kernrohres mit den Klemmfingern 27 verriegelt wird.
Obgleich nach dem vorstehenden Beispiel eine speziell zum Schneiden eines Kerns konstruierte ein- und ausziehbare Bohrvorrichtung dargestellt ist, kann diese ohne weiteres in eine solche abgewandelt werden, die den gesamten Querschnittsbereich des Bohrloches schneiden kann. Die Tragbuchse bzw. das Tragrohr 18 ist alsdann fest an dem Innenrohr angebracht und weist eine sich über das Rohr erstreckende untere Fläche auf, in deren nach unten gerichteter Oberfläche Diamant- oder andere Schneidelemente eingesetzt sind. Das Herausdrücken und Zurückziehen der Schneidwerkzeuge 32, 33 und deren Einziehen wird in der gleichen Weise durch das Tragrohr 18 bewirkt wie oben beschrieben.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:
1. Ein- und ausziehbare Bohrvorrichtung, die in Längerichtung durch einen in einem Bohrloch eingesetzten rohrförmigen Bohrstrang bewegbar ist, mit einem am Bohrstrang befestigbaren Außenrohr, das eine Antriebsspindel aufweist sowie mit einem Bohrmeißel, dessen Bohrschneiden in einer eingezogenen Stellung in Umfangsrichtung einander überlappend durch den Bohrstrang und in Längsrichtung innerhalb der Antriebsspindel und aus ihrer eingezogenen Stellung in eine herausgedrückte Stellung bewegbar sind, und mit miteinander in Eingriff bringbaren Kupplungsteilen an der Spindel und an den Bohrschneiden zu deren Befestigung an der Spindel in herausgedrückter Stellung sowie einer Festhaltevorrichtung für die Bohrschneiden in ihrem herausgedrückten und mit der Spindel gekuppelten Zustand, dadurchgekennzeichnet, daß die Bohrschneiden (32, 33) des Bohrmeißels (A) in eingezogener Stellung in einem oberen und einem unteren Bohrschneidensatz angeordnet sind, wobei die unteren Teile des oberen Satzes die oberen Teile des unteren Satzes in Umfangsrichtung überlappen und die Schneiden (32) des oberen Satzes alternierend zu den Schneiden (33) des unteren Satzef angeordnet sind sowie die Bohrschneiden (32) des oberen Satzes in Längsrichtung entlang den Bohrschneiden ("VJ) des unteren Satzes unter gegenseitigem Gleiteingriff bewegbar und die Schneiden (32, 33) du· oberen und unteren Bohrschneidensatzes ringförmig aufweitbar sind.
2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrschneiden (32) des oberen Satzes eine sich nach unten verjüngende Keilform aufweisen.
3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in herausgedrückter, mit der Spindel (14) gekuppelter Stellung der Bohrschneiden (32, 33) des unteren und oberen Satzes die unteren Enden beider in derselben Ebene senkrecht zu der Spindelachse liegen.
4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten jeder Bohrschneide (32) des oberen Satzes in Richtung nach unten und die Seiten jeder Bohrschneide (33) des unteren Satzes in Richtung nach oben zueinander konvergieren, wobei sich in gekuppelter Stellung die Bohrschneiden des oberen Sntzes in Umfangsrichtung mit den Bohrschneiden des unteren Satzes abwechseln.
5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Bohrschneiden (32,33) des oberen und unteren Satzes in herausgedrückter, mit der Spindel (14) gekuppelter Stellung gebildete Schneidfläche in Umfangsrichtung im wesentlichen durchgehend verläuft.
6. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei eingezogener Stellung der Bohrschneiden (32,33) die Schneiden (33) des unteren an den Schneiden (32) des oberen Satzes von diesen herabhängend gehalten sind.
7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprü-
ehe ] bis 6, gekennzeichnet durch an der Spindel (1.4) und am Bohrmeißel (A) vorgesehene, miteinander in Eingriff kommende Ausriclittdle (54, 49), durch weiche die oberen und unteren Bohrschneiden (32, 33) für ein seiiliches Herausdrükker» und zum Kuppein mit der Spinde! ausrurhtbar sind.
8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7. gekennzeichnet durch eine an der, Behrschneiden (33) des unteren Satzes und der Spindel (14) vorgesehene Sperreinrichtung (49, 16) zum Verbringen der Bohrschr.eiden des unteren Satzes in ein.. Lage, in der sie mit der Spinde! kuppelbar sind.
9. Bohrvo!richtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei eingezogener Stellung der Bohrschneiden (32,33) die Schneiden (33) des unteren ar. den Schneiden (32) des oberen Satzes durch miteinander in Eingriff kommende Stifte (42) und Nuten (43, 44) an den Schneiden des oberen bzw. unteren Satzes gehalten sind.
](). Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen den Bohrmeißel (A) haltenden Träger, der einen äußeren Tragteil (18)-'<nd einen inneren Tragteil (19) aufweist.
11. Bohrvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Tragteil (19) zur Aufnahme eines durch den Bohrmeißel (A) in der Bohrlochformation erzeugten Kernes und zum Hochziehen aus der Spindel (14) und durch den Bohrstrang (B) zum Kopf des Bohrlochs hin lösbar mit dem äußeren Tragteil (18) verbunden und von diesem trennbar ist.
12. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspindel (14) in ihrem unteren Teil mit einem Innengewinde (15) und der Bohrmeißel (A) mit einem dem Innengewinde entsprechenden Gegengewinde (36, 37) versehen sind, wobei der Bohrmeißel seitlich herausdrückbar und durch Eingreifen seines Gegengewindes in das Innengewinde mit der Antriebsspindel kuppelbar ist.
13. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Festhaltevorrichtung für die Bohrschneiden (32, 33) des oberen und unteren Satzes in ihrem herausgedrückten, mit der Spindel (14) gekuppelten Zustand eine an den Bohrschneiden vorgesehene Nut (60) aufweist, mit der das untere Ende (47) des Tragteils (18) des Bohrmeißels (A) in Eingriff bringbar ist.
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