DE2147612B2 - Bohrmaschine und Bohrgestänge für Erdbohrungen sowie Verfahren zum Betätigen einer Schraubverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrmaschine mit einem Antriebskopf. mit Antriebszapfen für das Bohrgestänge, mit hydraulischer Hebevorrichtung für einen beweglichen Rahmen zur Aufnahme des Antriebskopfs. mit einem oberen Rohrschlüssel im Bereich des Antriebskopfs, dessen Schlüsselbacken gabelförmig und axial verschiebbar sind, und mit einem weiteren unteren Rohrschlüssel sowie mit einem Axialdurchlaß im Antiricbszapfen des Antriebskopfs und des beweglichen Rahmens.

Bohrmaschinen mit hydraulischer Hebevorrichtung für einen längs Führungssäulen gleitbaren Antricbskopf der eingangs ecnannten Art sind aus den USA.-Patcn;· schriften 3 460 638 und 3 490 546 bekannt.

Ferner ist es bekannt, in Bohrmaschinen zum Erfassen des Bohrrohrs Rohrzangen vorzusehen, deren Schlüsselbacken hydraulisch betätigt werden (britische Patentschriften 894 493 und 1 006 344).

Schließlich sind Einrichtungen zum hydraulischer Ausgleich des Gewichts des Bohrgestänges bckanni (USA.-Patentschriften I 781 701 und 3 151 686). die jedoch keinen beweglichen Querrahmen zum Trager eines Bohrkopfs aufweisen und welche Anordnunger zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstan ten Gewichts am Bohrer betreffen.

Auch ist es bekannt, zum verbesserten Betätigen vor Rohrverbindungen Längsnuten am Bohrgestänge vor zusehen, in welche Rohrschlüsselbacken einer Rohr zange eingreifen, wobei die axiale Länge der Nutcr derart ausgelegt ist, daß zwischen den radialen Endflä chen der Nuten und den Schlüsselbacken ein Spiel ver bleibt. Dadurch wird das Gewicht des Rohrstrange; nicht von den Schlüsselbacken aufgenommen, weil die bekannte Rohrzange zum Abfangen der Rohre schrägt Schultern aufweist, gegen welche ebensolche Schulten von aufgestauchten Rohrverbindern anliegen (USA. Patentschrift 3 463 037).

Die Anordnung von Längsnuten an einem Bohrge stange, die /um Eingriff mit Rohrschlüsselbacken be stimmt sind, ist ferner aus dem deutschen Gebrauchs muster I 964 705 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrmaschine der eingangs genannten Art mit einer hydraulischen Ausgleichsvorrichtung zum Ausgleich des Gewichts des Bohrgestänges auszustatten sowie eine derartig ausgestattete Bohrmaschine zum Lockern einer Schraubverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bohrgestängeabschnitt zu verwenden.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Bohrmaschine erfindungsgemäß einen Hydraulikmotor zum Ausgleich des Gewichts des Bohrgestänges auf, dessen fester Teil arrc beweglichen Rahmen starr gegenüber einem äußeren Abschnitt des Antriebskopfs angeordnet ist, und dessen beweglicher Teil mit dem festen Teil eine Kolbenkammer bildet, wobei der äußere und der dazu konzentrische innere Abschnitt des Antriebskopfs durch eine Einrichtung zur gemeinsamen Drehung koppelbar sind, die eine begrenzte axiale Bewegung zuläßt, mit einer Verbindungsanordnung zwischen dem inneren Abschnitt des Antriebskopfs und dem beweglichen Teil der Ausgleichsvorrichtung, welche bei Zuführung von Druckmedium zur Kolbenkammcr zwv Übertragung einer Ausgleichskraft auf den inneren Abschnitt des Antriebskopfs und einen damit verbundenen Gestängeverbinderteil ausgebildet ist, wobei der Gestängeverbinderteil begrenzt axial beweglich gegenüber dem Rohrschlüssel am Antriebskopf und der Hydraulikmotor zur Bewegung des Antriebskopfs beim Lösen und Verbinden der Bohrrohrgewinde unter Benutzung des oberen Rohrschlüssels ausgebildet sind.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betätigen einer Schraubverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bohrgestängeabschnitt unter Verwendung der erfindungsgemäßen Bohrmaschine, wobei der erste Boiirgestängeabschnitt mit einem schraubbaren Gestängeverbinderteil verbunden ist. der von einem rotierenden Antriebskopf getragen wird, und df r zweite Bohrgestänpeabschnitt mit dem ersten verschraubt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Gewichte des an dem Antriebskopf befindlichen Gestängeverbinderteils und des mit diesem verbundenen ersten Bohrgestängeabschnilts mittels eines Hydraulikmotors ausgeglichen werden, der mit dem an dem Antriebskopf befindlichen Gestängeverbinderteil verbunden ist, der zweite Bohrgestängeabschnitt gegen Drehung und Axialbewegung gesichert wird, der erste Bohrgestängeabschnitt an den Antriebskopf an einer unterhalb des Gestängeverbinderteils am Antiiebskopf liegenden Stelle gekoppelt wird, der Antriebskopf und der mit ihm verbundene erste Bohrgestängeabschnitt in einer Richtung zum Lockern des Gewindes gedreht werden bis der Gestängeverbinder zwischen den beiden Bohrges'.ängeabschnitten gelockert ist, und der an dem Antriebskopf befindliche Gestängeverbinderteil und der erste Bohrgestängeabschnitt durch den Hydraulikmotor axial /u dem Antriebskopf bewegt werden, wobei die Geschwindigkeit des Gestängeverbinderteils der Drehgeschwindigkeit der zu lösenden Schraubverbindung angepaßt ist.

Die Erfindung ermöglicht es, daß das Gewicht des Bohrkopfs und des damit verbundenen Bohrgestänges niemals von den Rohrschlüsselbackcn oder den Lagern des Bohrkopfs aufgenommen werden muß. Dabei nimmt der Hydraulikmotor das Gewicht des Bohrkopfs und eines oberen Bohrrohrs auch beim Lösen desselben von einem unteren Bohrrohr auf, und auch während der Aufwär'ribewegung der Teile als Folge der Verdrehung des oberen Bchrrohrs gegenüber dem un-Erfindungsgemöß weist ferner der Gewindezapfen für das Bohrgestänge in seinem mittleren gewindefreien Teil am Zapfenumfang verteilt Längsnuten zur Aufnahme von Rohrschlüsselbacken auf, deren Länge derart ausgelegt ist, daß ein axiales Spiel ober- und unterhalb der Schlüsselbacken verbleibt. Der Gebrauch solcher Längsnuten an Bohrrohren ist in Verbindung mit Schlüsselbacken aus der USA.-Patentschrift 3 463 037 bekannt.

ίο Letztlich betrifft die Erfindung auch noch ein Bohrgestänge zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßcn Bohrmaschine, welches mit Längsnuten zur Aufnahme von Rohrschlüsselbacken versehen ist und sich dadurch kennzeichnet, daß unterhalb der Längsnuten zusätzliche Aussparungen zur Aufnahme der Schlüsselbacken eines Auffangschlüssels vorgesehen sind. Solche Aussparungen sind an sich beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster 1 964 705 vorbeschrieben
Die Erfindung wird anschließend an Hand eines in

ao den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

F i g. I eine isometrische Ansicht (von seitlich oben) einer Bohrmaschine gemäß der Erfindung bei teilweise i;ngehobenem Bohrgerät,

»5 F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Ansicht, jedoch mit abgesenktem Bohrgerät,

F i g. 3 eine etwas schematisierte Tcilansicht (von vorn! d"r "»ennmechanik für das Bohrgestänge und ein Ausgleichssystem mit Hydraulikmotor für den Bohrkopf und das Bohrgestänge.

F i g. 4 einen Teilschnitt (teils in Ansicht) der Trennmechanik nach F i g. 3 in größcrem Maßstab, wobei der Auffang- und der Mitnahmeschlüssel zurückgezogen sind.

F i g. 5 eine der F i g. 4 entsprechende Ansicht, in der aber der Auffangschlüssel den von dem Bohrkopf aus gesehen zweiten Abschnitt ergreift uno der Bohrkopl von der Gestängeverbindung am oberen Ende des oberen Bohrgestängeabschnitts gelöst ist,

F i g. 6 eine den F i g. 4 und 5 entsprechende Ansicht wonach aber der Rohrschlüssel aen oberen Abschniti des Bohrgestänges ergreift und die Gewindevcrbin dung am unteren Ende des oberen Abschnitts de; Bohrgestänges gelöst ist.

F i g. 7 eine den F i g. 4 bis 6 entsprechende Ansicht eine Situation verdeutlichend, bei der nach Rückwärts drehung des Bohrkopfs zum zufälligen Trennen dei Gewindeverbindungen die untere Gewindevcrbindunj sich zuerst öffnet, während, wie die Figur zeigt, die un tere Verbindung vollständig geschlossen bleibt,

F i g. 8 eine Ansicht in größerem Maßstab, bei de einige Teile geschnitten sind; gezeigt wird der Aus glcichs-Hydraulikmotor mit einer zugehörigen Mecha nik für die Anzeige der Lage der Innenteile,

F i g. 9 einen Querschnitt durch den Bohrkopf, ober halb des Uohrschlüssels, längs der Linie 9-9 in Γ i g. 3.

F i g. 10 einen Querschnitt durch die Maschine unmit telbar oberhalb des Auffangschlüssels in der durch di> Linie 10-10 in F i g. 3 gekennzeichneten Ebene,

Pig. 11 eine Ansicht, teils im Schnitt, durch einei Abschnitt des Bohrrohrs,

F i g. 12 einen Querschnitt durch die Einschnürunge in dem Bohrrohr, die zur Aufnahme von Teilen de Rohrschlüsselbacken dienen,

Fig. 13 einen Querschnitt durch die Abflachunge des A uffangsclilüsscls. geschnitten längs der Linie 13-1 in F i g. 11.

Die in den Figuren gezeigte bevorzugte Ausfül·

ruiigsform der Erfindung weist einen unteren Rahmen 10 mil einer Grundplatte 12 und einem etwa U-förmigen Hauptrahmen 14 auf, der von der Grundplatte 12 nach oben ragt. Der Hmiplrahmcn 14 enthält aufrechlstchende Wandteile, die zwei Rohrstutzen 16 bilden, die in der Nähe von Ecken der Grundplatte 12 stehen. Die unteren Abschnitte zweier parallel zueinander verlaufender Führungssäulen 18 ruhen in den Rohrstutzen 16 und werden auf diese Weise mit dem unteren Rahmen starr verbunden. Ein feststehender Querrahmen 20 verbindet die oberen Enden der Führungssäulen 18 starr miteinander.

Die Führungssäulen 18 tragen und führen einen beweglichen oder ortsveränderlichen Querrahmen 22. Der bewegliche Querrahmen 22 besteht aus oberen bzw. unteren Führungshülsen 24, 26, die Abstand voneinander in vertikaler Richtung haben und die Säulen 18 umschließen. Ein unterer Abschnitt des beweglichen Querrahmens 22 erstreckt sich seitwärts der Hülsen 26 über die untere Rahmenanordnung 10. Dazu gehören Wandungen 28, die ein Gehäuse für eine Lagerung (F i g. 3) bilden. Ein zweites Gehäuse 30 verläuft seitlich der oberen Führungshülsen 26 in einem Bereich oberhalb des Gehäuses 28. Die Gehäuse 28, 30, die Hülsen 24. 26 und die Verbindungsteile des beweglichen Querrahmens 22 bilden eine einzige zusammenhängende Rahmenkonstruktion.

Das obere Gehäuse 30 enthält ein Sammelgetriebe 32 mit zwei Eingängen 34 und einem einzigen Ausgang 36. Zwei Antriebsmotoren sind an das Gehäuse 30 geschraubt; jedes der Antriebsmittel besitzt eine Ausgangswelle, die mit einem der Eingänge des Sammelgctriebes gekoppelt ist. Bei einer bevorzugten Ausftihrungsform sind die Antriebsmittel als Elektromotor 38 und Planetenradübersetzung 40 ausgeführt, etwa von gleicher Art, wie in Fig. 7 der schon erwähnten USA.-Patentschrift 3 454 114 dargestellt.

Der bewegliche Rahmen 22 wird durch eine Anzahl Druckstempel 41 gehoben und gesenkt. Erfindungsgemäß besteht jeder Druckstempcl 41 aus einer hohlen Kolbenkammcr (»Zylinder«) 42 und einem Kolben 44. Bei der gezeichneten Ausführungsform zeigen die geschlossenen Enden des Kolbengehäuses 42 nach oben und die offenen Enden zeigen nach unten. Zweiteilige Halterungsmuffen 46 nehmen die unteren Enden der Gehäuse 42 auf und verbinden sie starr mit dem beweglichen Qucrrahmvn 22. Die Kolben 44 besitzen (nicht gezeichnete) nach oben weisende Kopfabschnitte und untere Halterungsteile 48. die an dem unteren Rahmen 10 befestigt sind. Die Halterungsteile 48 werden zwischen vertikalen Plaltenteilen des Hauptrahmens 14 aufgenommen und sind an diesen Plattenteilen durch Montagestiftc 50 gehalten.

Die Druckstempel 41 stimmen in allen wesentlichen Teilen überein mit den Druckstempeln, die in der oben erwähnten USA.-Patentschrift 3 454 114 beschrieben sind. Daher sollen weitere Einzelheiten dieser Druckstempel 41 und die Einrichtungen, mit denen ein Antriebsmittel hineingebracht und herausgeführt wird, hier nicht gesondert beschrieben werden. Statt dessen wird auf die USA.-Patentschrift 3 454 114 verwiesen, deren Inhalt durch diesen Hinweis ausdrücklich hierbei übernommen wird.

Die Fig. I. 2 und 10 lassen erkennen, daß die Führungssäulen 18 und zwei der Druckstempel 41 in einer Viereckanordnung zueinander stehen, wobei die Führung.ssäulen 18 verhältnismäßig nah an den Ecken des un'crcn Rahmens 10 an einer Seite dieses Rahmens stehen, während die beiden Druckstempel 41 sich in den Eckenbcrcichcn an der anderen Seite des unteren Rahmens 10 befinden. Der dritte Druckstempel 41 steht etwa zwischen den Führungssäulcn 18 und bildet zusammen mit den anderen beiden Druckstempeln 41 eine Dreiecksanordnung. Die Bohrachsc liegt genau in der Kräflemitte innerhalb des Dreiecks. Die oberen Enden der Zylinder 42 sind untereinander verbunden durch ein ungefähr dreieckiges bewegliches Kopfstück

Nun soll die F i g. 3 der Zeichnungen beschrieben werden. Das Ausgangsteil 36 des Sammelgctriebes 32 steht, wie gezeichnet, in Antriebsverbindung mit einem rotierenden Antriebsgehäuse 54, das an dem Qucrrah-

«5 men 22 durch einen oberen bzw. einen unteren Satz von Kombinationslagerungen 56 bzw. 58 gelagert ist. Der Ausdruck »Kombinationslagerung« soll in diesem Zusammenhang besagen, daß die Lagerung axiale und radiale Belastungen aufnimmt. Ein Bohrkopf 60> befin-

·"> del sich in einem unteren Teil des rotierenden Antricbsgchäuses 54. Eine Platte 62 mit axialen Keilen an ihrer Umfangsflächc ist mit dem oberen Ende des Bohrkopfes 60 verbunden. Diese Keile kämmen mit zugeordneten inneren Axialkeilen 64. die an der inneren

»5 Seitenwand des Gehäuses 54 angeordnet sind. Die Umfangskeile an der Platte 62 und die Keile 64 stellen die Antriebsverbindung zwischen dem Gehäuse 514 und dem Bohrkopf 60 im Sinne eines Drehantriebs her, erlauben jedoch dem Antriebskopf 60, sich in axialer Richtung um einen begrenzten Betrag gegenüber dem Gehäuse 54 zu verschieben.

Ein Tragschaft 66 ist mit seinem unteren Ende starr mit dem Bohrkopf 60 verbunden und verläuft von diesem aus nach oben. Der Schaft 66 weist auch ein Drehgtlenk bei 68 auf. Das Drehgelenk 68 verbindet den oberen und den unteren Abschnitt des Schafts 66 miteinander, so daß sie sich miteinander axial bewegen lassen. Der Abschnitt des Schafts 66 unterhalb des Drehgelenks 68 rotiert mit dem Bohrkopf 60. Der Abschnitt

4» des Tragschafts 66 oberhalb des Drehgelenks 68 rotier! nicht. Eine Kolbenstange 70 bildet eine starre Verbindung zwischen dem nichirotierenden Teil des Tragschafts 66 und einem Kolbenkopf 72. Der Kolbenkopf 72 ist geradlinig auf- und ab bewegbar in einem KoI-bengehäuse oder Zylinder 74 eines Linearmotors 76 angeordnet, der oben auf dem beweglichen Kopfstück 52 angebracht ist. Der Linearmotor 76 dient in erster Linie dazu, das Gewicht der Bohrkopfanordnung und des mit ihr verbundenen Bohrgestänges auszugleichen. Er hat

So aber auch Bedeutung für die erfindungsgemäße Methode zum Trennen des Bohrgestänges, wie es im einzelnen weiter unten beschrieben werden wird.

Axial durch den Bohrkopf 60 verläuft eine Bohrflüssigkeitsleitung 78. Diese Leitung 78 reicht von dem Bohrkopf 60 aus aufwärts durch den Tragschaft 66. das Kupplungsgelenk 68 und einen oberen Zweig 80 des Tragschafts 66. Das Zeigstück 80 verläuft durch eine Öffnung 82 in der Platte 54 nach oben. Die Öffnung 82 ist so groß, daß das Zweigstück 80 während einer Axialbewegung des Tragschafls 66 sich axial nach oben oder unten verlagern kann.

Wie am besten aus F i g. 8 zu entnehmen, verläuft ein radialer Tragarm 84 seitwärts von dem Kolben 70 unterhalb des Kopfstücks 52. Das Außenende des Arms 84 ist mit dem unteren Ende eines beweglichen Kerns 86 verbunden, der sich in axialer Richtung in dem rohrförmigen Gehäuse eines Regeltransformators 88 verlagern läßt. Das Gehäuse 90 enthält eine elektrische

Wicklung 92, die sich um die Bewegungsbahn des Kerns 86 lcgl. Durch cine Änderung der axialen Lage des Kerns 86 wird die Ausgangsspannung des Transformators 88 verändert. Da der Kern 86 mit dem Bohrkopf 60 über die Kolbenstange 70 und den Tragschaft 66 baulich verbunden ist, gilt die Widerstandsänderung des Rcgeltransformators 88 eine Anzeige für die innere L.iigc des Bohrkopfs 60 und der anderen mit ihm verbundenen inncnliegenden Bauteile. Der Regeltransformator 88 kann in einen (nicht geziichneten) elektrisehen Kreis gelegt werden, zu dem eine Direktanzeige gehört. Bei manchen Anlagen kann an Stelle des Regeltransformators ein veränderlicher Widerstand verwendet werden.

Das untere Ende des Bohrkopfs 60 stellt einen Ge- is Stangeverbinder 94 dar, der mit einem dazu passenden Gestängeverbinder 96 am oberen Ende jedes Abschnitts 98 des Bohrgestänges 100 verbindbar ist. Bei der gezeichneten Ausführungsform stellt der Gestängeverbinder 94 eine »Gewindemuffe« dar, die Werkzeug- «» verbindung 96 einen »Gewindezapfen«.

In der gezeichneten Ausführungsform besteht das Bohrrohr 98 aus mehreren Abschnitten. Es weist hiernach eine größere Doppelmuffe 102 und einen kleineren Doppelzapfen 104 auf. Mindestens der Doppelmuf- "5 fen-Gestängeverbinder 106 am unteren Ende des Abschnitts 102 weist Gewinde auf, die zu den Gewinden 96 jedes Zapfcnteils passen und mit ihnen verschraubt werden.

Die F i g. 11 bis 13 zeigen am deutlichsten, daO jeder 3<> Abschnitt des Bohrrohrs 98 ein Dreiecksmuster von in axialer Richtung verlaufenden Ausschnitten 108 aufweist. Wie F i g. 12 zeigt, sind zwischen den Ausschnitten 108 über den Umfang verteilt Ansätze 110 vorgesehen.

In die Ausschnitte 108 sollen Schlüsselbackenteile eines Rohrschlüssels eingreifen. Eine zweite Gruppe von Aussparungen oder »Abflachungen« sind an jedem Abschnitt 98 in axialer Richtung unterhalb der Ausschnitte 108 vorgesehen: sie sind mit 112 bezeichnet. 4<> Die Grundfläche der Ausnehmungen 112 ist vorzugsweise eine Sehnenfläche.

Die Bohrkopfanordnung weist, wie die F i g. 3 bis 9 zeigen, eine nach axial unten zeigende Verlängerung 114 des Antriebsgehäuses 44 auf, an der eine Rohr-Schlüsselmechanik 116 vorgesehen ist, die nachstehend auch als » Drehschlüssel« bezeichnet wird.

Der Drehschlüssel 116 besitzt nach den F i g. 5 bis 7 und 9 einen trommelartigen Mitnehmer 118, der starr mit der Verlängerung 114 verbunden ist und mit ihr So rotiert. Eine Anzahl kurzer Zapfen 120 steht von dem unteren Ende des Mitnehmers 118 nach unten vor. An den Zapfen 120 ist eine Platte 122 mit ausgebrochenem Mittelteil, etwa durch Schrauben 124, befestigt. Drei über den Umfang mit Abstand voneinander verteilte Schlüsselbacken 136 sind schwenkbar an dem Mitnehmer 118 angebracht und können relativ zu der Stellung des Bohrgestänges 100 nach außen und nach innen schwenken. Jeder Backen 126 besitzt ein Außenende, das zwischen zwei Zapfen 120 liegt. Drehzapfen 128 sind durch Öffnungen in den Außenenden der Schlüsselbacken 126 gesteckt, und die Backen lassen sich an den Zapfen verschwenken. Die Drehzapfen 128 stehen zwischen der Platte 122 und dem Mitnehmer 118. Jedem Schlüsselbacken 126 ist ein Hydraulik-Linearmo- ^a5 tor 130 zugeordnet, der den Backen in Arbeitsstellung und aus der Arbeitsstellung bringt. Die Linearmotoren 130 siehen zwischen Verbindungsstücken 132 an den Schlüssclbackcn 126 in der Nähe der freien Enden de Backen und Verbindungsstücken 134, die an dem Mit nehmer 118 angebracht sind. Bei 136 und 138 sini Drehverbindung vorgesehen, so daß die Schlüsselbak ken 126 infolge Ausfahrens und Zurückziehens de Kolben 140 der Motoren 130 seitlich der Bohrrohrach se 140 aus der Arbeitsstellung, die in F i g. 9 mit ausge zogcncn Linien dargestellt ist, und der in F i g. 9 gestri chelt gezeichneten Ruhelage hin- und herbewegba sind: diese Stellungen sind nur bei dem oberen Schlüs seibacken 126 angegeben.

Die Schlüsselbacken 126 haben die Form eines Ga belschlüssels. Jeder Backen besitzt eine radial nach in nen zeigende Ausnehmung 142, die an jedem Ende de bogenförmigen Ausnehmung in eine etwa radial verlau fendc Schlüsselfläche 144,146(F ig. 9) ausläuft.

Wenn die Schlüsselbacken 126 sich in Arbeitsstelluni befinden, liegen die Ansätze 110 des Bohrrohrs in del Ausnehmungen 142.

Jeder Schlüsselbacken 126 besitzt ein inneres Schaft teil 148, das druckübertragend eng an der Endflächi 150 eines benachbarten Schlüsselbackens anliegt.

Fig.9 zeigt, wie der Drehschlüssel 116 in Richtunj gegen den Uhrzeiger gedreht wird. Die Schlüsselflä chen 146 berühren die Radialflächen an den Schlüssel ansätzen 110. Der Druck auf die Schlüsselbacken 12< ist dergestalt, daß die Schlüsselbacken die Tendenz ha ben, weiter einwärts zu schwingen. Das bedeutet, dal Druckkräfte von jedem Schlüsselbacken 126 auf der nächsten übertragen werden, wo an den Flächen 148 150 Kontakt hergestellt wird: die Schlüsselbacken 12i sind gegenseitig selbsthemmend. Miteinander bilder die Schlüsselbacken 126 einen Druckring, der den er faßten Teil des Bohrrohres umgibt.

Nach den F i g. 1,3 bis 7 und 10 trägt die Grundplatte 12 eine Halteanordnung 152. die mit dem Drehschlüsse 116 in axialer Richtung fiuchtet. In der Grundplatte 12 ist eine öffnung 154, axial fluchtend mit der öffnung 156 in der Drehschlüsselplatte 122. Drei Schlüsselbakken 158 sind mit Drehzapfen 160 an die Platte 12 angeschlossen. Die Schlüsselflächen 162 befinden sich an den radial innen gelegenen Abschnitten der Schlüsselbacken 158. Bei der gezeichneten Ausführungsform sind die Flächen 162 als im wesentlichen ebene Flächen ausgebildet, und wenn der Schlüssel 152 sich in Arbeitsstellung befindet, bilden die Flächen 162 ein Dreiecksmuster, das dem Dreiecksmuster der Rohrflächen 112 entspricht. In dieser Arbeitsstellung berühren die Schlüsselbackenflächen 162 die Rohrflächen 112.

Ein Betätigungsring 164 umgibt die Schlüsselbacken 158. An dem Ring befinden sich drei radial nach innen vo. springende Verstärkungen, in die Ausnehmungen 168 gearbeitet sind, die die abgerundeten Endstücke von Betätigungsgliedern 170 aufnehmen. Entsprechende Ausnehmungen befinden sich an radia' nach außen zeigenden Teilen der Schlüsse'backen 158; in diese Ausnehmungen greifen die anderen abgerundeten Enden der Betätigungsglieder 170 ein. Als Führungen für den Betätigungsring 164 sind drei Bremsklötze 174 vorgesehen. Diese Bremsklötze 174 sind in gleichmäßigem Abstand über den Umfang verteilt und sind so angeordnet, daß sie. wenn der Drehschlüsse! 152 sich in Arbeitsstellung befindet, mit den Betätigungsgliedeni 170 und den zusammenwirkenden Schlüsselflächen 162, 112 fluchten. In dieser Arbeitsstellung sind die Betätigungsglieder 170 praktisch radial ausgerichtet.

Zwischen der Platte 12 und dem Betätigungsring 164 sind zwei Hydraulik-Linearmotoren 176 vorgesehen.

An den entgegengesetzten Enden der Motoren 17fi befinden sich Gelenkverbindungen 178, 180 derart, daß die Motoren 176 sich frei bewegen können, wenn der Betätigungsring IM sich dicht.

Im Gebrauch werden die Motoren 176 gemeinsam betrieben, ir'i den Ring 164 zu drehen. Nach Fig. 10 ist der links angeordnete Motor 176 gestreckt, während der rechts ungeordnete Motor 176 eingezogen ist, und die Schlüsselbacken 138 sind einwärts geschwungen, so daß sie das Bohrrohr festhalten. Die Betätigungsglieder »o 170 stehen auf einer Radiallinie, so daß die auf sie von dem Bohrrohr 100 über die Schlüsselbacken 158 radial nach außen ausgeübten Kräfte von den Betätigungsgliedern 170 auf die Bremsklötze 174 übertragen werden, die starr mit der Platte 12 verbunden sind. Der >5 Betätigungsring 164 braucht demnach während des Lockerns der Verbindungen die auf die Schlüsselbakken 158 ausgeübten Kräfte nicht selbst aufzunehmen.

Anschließend wird die Methode des Trennens der Bohrrohrabschnitte beschrieben:

Es sei angenommen, daß bei dem Bohrvorgang, der in den F i g. 4 bis 7 dargestellt ist, der bewegliche Rahmen 22 und der daran befindliche Bohrkopf 60 gerade nach oben an den Führungssäulen 18 entlang bewegt ist und daß das Bohrgestänge 100 gerade aus dem Bohr- *5 loch heraufgezogen wird. Wenn der obere oder erste Abschnitt 98 vollständig oberhalb der Platte 12 steht und die Abflachungen 112 des zweiten Abschnitts 98, an denen der Auffangschlüssel anliegt, an der Platte 12 in der richtigen Lage sind, um die Auffangschlüsselbak- 3" ken 158 aufzunehmen, wird die Axialbewegung des beweglichen Rahmens 22 unterbrochen (Fig.4). Dann wird der Betätigungsring 164 verdreht, so daß er die in Fig. 10 dargestellte Stellung annimmt, in der die Schltisselbacken 158 sich gegen die Abflachungen 112 legen. Der Teil des Bohrgestänges 100, der unterhalb des ersten Abschnitts 98 steht, ist dann sowohl gegen eine Drehbewegung wie gegen eine axiale Bewegung nach unten verriegelt.

Nun wird der Boh.Xopf 60 zurückgedreht, d. h. in einer Richtung gedreht, die zum Lockern des Gestängeverbinders führt mit dem Ziel, wahlweise einen der Gestängeverbinder an den beiden Enden des oberen Abschnitts 98 zu öffnen. Die Gewindeverbindung zwischen den größeren und den kleineren Teilen 102. 104 des zusammengesetzten Abschnitts 98 sind gegen Trennung durch eine Epoxidharz-Klebemittel- oder eine andere Einrichtung an dem Gewinde gesichert. F i g. 5 zeigt die Situation, die sich ergibt, wenn sich zuerst der obere Gestängeverbinder öffnet. Der besseren Übersicht halber ist in Fig. 5 der obere Abschnitt 98 körperlich getrennt von dem Bohrkopf 60 gezeichnet. Beim Öffnungsvorgang werden jedoch die Gestängeverbinder 94. % nicht vollständig voneinander getrennt, sondern der Verbinder wird nur gelockert.

Angenommen bei dem Lockerungsvorgang würde zufällig der obere Verbinder zuerst geöffnet und die Gewindeverbindung zwischen den Teilen 94, 96 sei nicht völlig getrennt, sondern sei lediglich locker verbunden, so werden die Hydraulikmotoren 130 eingeschaltet, um die Drehschlüsselbacken 126 in Kontakt mit den Ansätzen 110 zwischen den Ausnehmungen 108 zu bringen (Fig.9). Nachdem das geschehen ist, wird der Bohrkopf 60 wiederum in der zum Öffnen des Gewindes dienenden Richtung gedreht. Der Abschnitt des Bohrgestänges 100 unterhalb des oberen Abschnitts 98 wird noch von dem Auffangschlüssel 152 festgehalten. Während dieser Drehung übertragen die Schlüsselbacken 126 ein Drehmoment von dem Bohrkopf 60 auf den oberen Abschnitt 98, was dazu führt, daß die Gewinde an der unteren Werkzeugverbindung 106, % geöffnet werden. Wenn nun die Werkzeugverbindungen an beiden Enden des oberen Abschnitts 98 gelockert sind, kann der obere Abschnitt 98 leicht herausgeschraubt und von dem Bohrgestänge 100 abgenommen werden. Nachdem dieses geschehen ist, wird der Bohrkopf 60 gesenkt und an den nächsten Rohrabschnitt gekoppelt, indem der Muffenteil 94 lose mit dem nach oben zeigenden Zapfen 96 des nächsten Abschnitts 98 lose verschraubt wird. Dann wird der Bohrkopf 60 angehoben, wobei das Gewicht des Bohrgestänges 100 von den locker zusammengefügten Gewinden des locker zusammengesetzten Gestängeverbinders getragen wird, bis dieser nächste Abschnitt sich in der endgültigen Trennposilion vollständig oberhalb der Auffangschlüsselplatte 12 befindet, und die Abflachungen 112 zum Aufnehmen des Auffangschlüssels an dem folgenden Abschnitt 98 in der Auffangschlüsselstalion der Platte 12 stehen. Der Drehschlüssel 116 wird wiederum so betätigt, daß er den oberen Abschnitt 98 angreift, und der Bohrkopf 60 wird, wie zuvor, in Gegenrichtung gedreht, um den Gestängeverbinder an der Schlüsselplatte 12 zu lockern. Die Arbeitsfolge wird bei den nachfolgenden Abschnitten wiederholt, bis alle Abschnitte des Bohrgestänges 100 aus dem Bohrloch aufgeholt worden sind.

Beim Lockern eines Gestängeverbinders muß die Gewindeverlängerung berücksichtigt werden. Andernfalls wird das Gewinde beschädigt. Erfindungsgemäß wird ein ausreichender Fluiddruck in dem ausgleichenden Linearmotor 76 unterhalb des Kolbenkopfs 72 aufrechterhalten, um den Bohrkopf 60 nach oben zu drükken. Der Bohrkopf 60 und das daran befindliche Bohrrohr 98 bewegen sich somit immer weiter nach oben, wenn das Öffnen der Verbindungsstelle 106, 96 fortschreitet.

Die Ausschnitte 108 sind in axiale«. Richtung ausgedehnt, und die Drehschlüsselbacken 126 liegen so in den Ausschnitten, daß immer ein axiales Spiel oberhalb und unterhalb der Schlüsselbacken 126 verbleibt. Das ist wichtig, weil das Gewicht des Bohrgestänges 100 von dem Linearmotor 76 getragen werden muß und kein Gewicht auf die Schlüsseibacken 126 wirken darf.

Wenn während des einleitenden Rückwärtsdrehens des Bohrkopfs 60, um das Lockern eines beliebigen Gestängeverbinders einzuleiten, die untere Verbindung sich zuerst lockerte, mußte ein Zwischenschritt eingeschaltet werden, um das Öffnen des Gestängeverbinders zwischen dem oberen Abschnitt 98 und dem Bohrkopf 60 herbeizuführen. Dieser (nicht dargestellte) Schritt umfaßt die Aufrechterhaltung der Kopplung des gelockerten unteren Verbinders, so daß ihre Gewinde das Gewicht des Bohrgestänges 100 zu tragen vermögen, anschließend das Zurückziehen der Aufl'angschlüsselbacken 158 und dann das Absenken des Bohrkopfs 60 mit anhängendem Bohrgestänge: 100 so weit, daß die den Auffangschlüssel aufnehmenden Abflachungen 112 des oberen Abschnitts 98 in die Auffangschlüsselstation der Platte 12 gelangen. Dann werden die Auffangschlüsselbacken 158 nach innen geschwenkt, so daß sie das Bohrgestänge 100 erfassen und seine Verdrehung verhindern. Dann wird der Bohrkopf 60 in Richtung zum Lösen des Gestängeverbinders gedreht, bis der Gestängeverbinder 94, 96 gelockert ist Wenn das eintritt, werden die verbundenen Teile lose gekoppelt belassen, so daß die Gewinde daE Gewicht des Bohrge-

stänges /u tragen vermögen. Nun wird der Bohrkopf 60 angehoben, damit der obere Rohrabschnitt 93 in die richtige Abbaustcllung gelangt. Der Auffangschlüssel 152 wird wieder gegen den zweiten Rohrabschnitt 98 geführt, und der erste Abschnitt 98, dessen beide Gestangeverbinder jetzt gelockert sind, wird leicht von dem /weiten Abschnitt 98 und von dem Bohrkopf 60 losgeschraubt und dann von dem Bohrgestänge 100 abgenommen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Bohrmaschine mit einem Antriebskopf, mit Antriebszapfen für das Bohrgestänge, mit hydraulischer Hebevorrichtung für einen beweglichen Rahmen zur Aufnahme des Antriebskopfs, mit einem oberen Rohrschlüssel im Bereich des Antriebskopfs, dessen Schlüsselbacken gabelförmig und axial verschiebbar sind, und mit einem weiteren unteren Rohrschlüssel, sowie mit einem Axialdurchlaß im Antriebszapfen des Antriebskopfs und des beweglichen Rahmens, gekennzeichnet durch einen Hydraulikmotor (76) zum Ausgleich des Gewichts des Bohrgestänges, dessen fester Teil (74) am beweglichen Rahmen (22, 26, 42, 52) starr gegenüber einem äußeren Abschnitt (118) des Antriebskopfs angeordnet ist, und dessen beweglicher Teil (72) mis dem festen Teil (74) eine Kolbenkammer bildet, wobei der äußere (118) und der dazu konzen- *° trisehe innere Abschnitt (60) des Antriebskopfs durch eine Einrichtung (62, 64) zur gemeinsamen Drehung koppelbar sind, die eine begren/ie axiale Bewegung zuläßt, mit einer Verbindungsanordnung (66, 68) zwischen dem inneren Abschnitt (60) des Antriebskopfs und dem beweglichen Teil der Ausgleichsvorrichtung, welche bei Zuführung von Druckmedium zur Kolbenkammer zur Übertragung einer Auigleichskraft auf den inneren Abschnitt (60) des Antriebskopfs und einen damit verbundenen Gestängsverbindei teil (9-.) ausgebildet ist, wobei der Gestängeverbinoerieil ''egrenzt axial beweglich gegenüber dem Rohrschlüssel am Antriebskopf und der Hydraulikmotor (76) zur Bewegung des Antriebskopfs beim Lösen und Verbinden der Bohrrohrgewinde unier Benutzung des oberen RoI,rschlüssels ausgebildet sind.

2. Bohrmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskopf-Gestängeverbinderteil (94) mit einem Axialdurchlaß versehen ist und mindestens ein Teil der Verbindungsanordnung (66, 68) eine in diesen Axialdurchlaß hineinführende Leitung (78) für Bohrflüssigkeit aufweist.

3. Bohrmaschine nach den Ansprüchen I und 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskopf-Gestängeverbinderteil (94) ein Innengewinde aufweist, und über einen Gewindezapfen (104) mit einem der Rohrgestängeabschnitte (98) verbindbar ist.

4. Bohrmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindezapfen (104) in seinern mittleren gewindefreien Teil am Zapfenumfang verteilt Längsnuten (108) zur Aufnahme von Rohrschlüsselbacken aufweist, deren Länge derart ausgelegt ist, daß ein axiales Spiel ober- und unterhalb der Schlüsselbacken (126) verbleibt.

5. Bohrgestänge zur Verwendung mit einer Bohrmaschine nach Anspruch 4, welches mit Lägsnuien zur Aufnahme von Rohrschlüsselbacken versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Längsnuten (108) zusätzliche Aussparungen (112) zur Aufnahme der Schlüsselbacken (158) eines Auffangschlüssels (152) vorgesehen sind.

6. Verfahren zum Betätigen einer Schraubverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bohrgestängeabschnitt unner Verwendung der Bohrmaschine nach Anspruch 1, wobei der erste Bohrgestängeabschnitt mit einem schraubbaren Gest'tvgeverbinderteil verbunden ist, der von einem rotierenden Antriebskopf getragen wird, und der zweite Bohrgestängeabschnitt mit dem ersten verschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, dnß die Gewichte des an dem Antriebskopf befindlichen Gesiängeverbinderteils und des mit diesem verbundenen ersten Bohrgestängeabschnitts mittels eines Hydraulikmotor ausgeglichen werden, der mit dem an dem Antriebskopf befindlichen G^stängeverbinderteil verbunden ist, der zweite Bohrgestängeabschnitt gegen Drehung und Axialbewegung gesichert wird, der erste Bohrgestängeabschnitt an den Antriebskopf an einer unterhalb des Gestängeverbinderteils am Antriebskopf liegenden Stelle gekoppelt wird, der Aniriebskopf und der mit ihm verbundene erste Bohrgestängeabschnitt in einer Richtung zum Lockern des Gewindes gedreht werden bis der Gestängeverbinder zwischen den beiden Bohrgestiingeabschnitten gelockert ist, und der an dem Antriebskopf befindliche Gestängeverbinderteil und der erste ßohrgestängeabschnitt durch den Hydraulikmotor axial zu dem Antriebskopf bewegt werden, wobei die Geschwindigkeit des Gestängeverbinderteils der Drehgeschwindigkeit der zu lösenden Schraubverbindung angepaßt ist.