DE2233717B2

DE2233717B2 - Vorrichtung zum Unterwasserbohren

Info

Publication number: DE2233717B2
Application number: DE2233717A
Authority: DE
Inventors: Karl Erik Stockholm Hilfing
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1971-07-12
Filing date: 1972-07-08
Publication date: 1974-03-21
Also published as: DE2233772B2; GB1392969A; AU4414672A; DE2233772A1; FR2145623B1; DE2233719C3; IT961337B; FR2145623A1; US3741320A; NL7209151A; JPS5136681B1; CA967546A; AU468629B2; FR2145622A1; FR2145621B1; DE2233717C3; DE2233772C3; DE2233719A1; FR2145622B1; GB1392968A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Unterwasserbohren mit einem von einer Station an der Wasseroberfläche auf den Grund absenk- und dort aufstellbaren, fernsteuerbaren Bohrgerät, welches den Dreh- und Vorschubantrieb mit zugehörigen hydraulischen Antriebsmotoren für ein Bohrgestänge enthält und eine einen Teil eines Gerätegehäuses bildende, wasserdichte und mit öl gefüllte Kammer aufweist, deren Innendruck durch ständigen Druckausgleich im wesentlichen gleich dem umgebenden Wasserdruck ist.

Bei Vorrichtungen zum Unterwasserbohren besteht das Problem, daß der in größeren Wassertiefen herrschende Druck normalerweise eine verhältnismäßig starkwandige, also recht aufwendige Ausführung der am Bohrgerät vorhandenen Behälter und Hohlräume bedingt, die insbesondere zur Aufnahme von mit öl geschmierten Maschinenteilen und des Hydraulikölvorrats erforderlich sind. Erschwerend kommt hinzu, daß die Menge des Hydrauliköls im

ίο Vorratsbehälter Schwankungen unterliegt, je nachdem, ob gerade mit dem öl betriebene Kraftzylinder ausgefahren sind oder nicht.

Eine aufwendige druckstabile Ausbildung der Behälter und Kammern läßt sich vermeiden, indem ständig für Druckausgleich zwischen dem Innenraum und dem umgebenden Wasserdruck gesorgt wird. Hierfür ist es bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 1807 611), eine öl enthaltende Kammer mit einem über der Wasseroberfläche, z. B. auf einem Schiff, befindlichen Druckflüssigkeitssammelbehälter zu verbinden, so daß die Flüssigkeitssäule in der Verbindungsleitung etwa denselben Druck Ln der Kammer erzeugt wie der Umgebungsdruck in der jeweiligen Wassertiefe. Diese Art Druckausgleich ist jedoch wegen der Notwendigkeit des hochgelegenen Sammelbehälters und der Verbindungsleitung umständlich und teuer. Außerdem behindert die Verbindungsleitung die Beweglichkeit der Vorrichtung auf dem Meeresgrund. Das gleiche gilt für weitere Verbindungsleitungen, über welche bei der bekannten Vorrichtung die verschiedenen hydraulischen Antriebsmotoren mit einer Pumpe an Bord der schwimmenden Station verbunden sind.

Es ist weiterhin bekannt (USA.-Patentschrift 3 552 419), bei einer auf dem Meeresgrund aufstellbaren Druckölversorgungseinheit die Pumpe und ihren Antriebsmotor in einem abgeschlossenen, mit Öl gefüllten Gehäuse zu installieren, welches mit seinem Gewicht auf einem dem Umgebungsdruck ausgesetzten, mit dem Innenraum des Gehäuses verbundenen Balg oder Schlauch ruht, so daß in beiden immer ein vom Gewicht des Gehäuses abhängiger, den Umgebungsdruck übersteigender Druck herrscht, welcher das Eindringen von Wasser verhindert, andererseits aber auch wieder gewisse Druckdichtungen erfordert. Je nach dem Volumen des von der Pumpe im geschlossenen System zu den Motoren und Kraftzylindern geförderten Öls hebt und senkt sich das Gehäuse auf dem Balg, so daß es sich nicht zur festen

so Verbindung von ortsfest zu haltenden Vorrichtungsteilen eignet und außerdem besondere Gleitführungen notwendig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher weder für den Druckausgleich noch für die Druckölversorgung der Hydraulikmotoren oder -!zylinder des Bohrgerätes hydraulische Verbindungsleitungen zur Station an der Wasseroberfläche erforderlich sind und die Kammer auch bei schwankendem Ölinhalt insgesamt ortsfest gehalten werden kann.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die hydraulischen Antriebsmotoren mit Drucköl versorgenden Pumpen sowie sie antreibende Elektromotoren in der Kammer angeordnet sind und daraus angesaugtes Öl im Kreislauf fördern und daß die Kammer ein nachgiebiges Außenteil hat.

Die vorgeschlagene Lösung hat den Vorteil, daß der Druckausgleich mit einfachsten Mitteln erreicht wird, die Zahl der Verbindungsleitungen zur Station an der Wasseroberfläche minimal ist und die Kammer je nach Ausführung im Einzelfall mit beliebigen anderen feststehenden Vorrichtungsteilen oder Führungen für Arbeitsgeräte verbunden werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Unterwasserbohren gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Seitenansicht, zum Teil geschnitten, des auf dem Meeresgrund abgesetzten Bohrgeräts der Vorrichtung nach F i g. 1,

F ig. 3 einen Teilschnitt nach Linie 3-3 in Fig. 2,

F i g. 4 a einen vergrößerten Teilschnitt nach Linie 4-4 in F i g. 2,

F i g. 4 b denselben Schnitt wie F i g. 4 a bei anderer Lage der Teile,

F i g. 5 einen Schnitt in größerem Maßstab durch einen Fuß des Bohrgeräts nach F i g. 1,

Fig. 6 einen Teilschnitt nach Linie 6-6 in Fig. 2,

F i g. 7 eine Einzelheit aus F i g. 6,

Fig. 8 eine Seitenansicht ähnlich Fig. 2, jedoch nur des oberen Teils des Bohrgeräts sowie zusätzlich einer die Verbindung zwischen der Station an der Wasseroberfläche und dem Bohrgerät auf dem Meeresgrund herstellenden Förderkapsel,

F i g. 9 eine perspektivische Anseht des oberen Teils des Bohrgeräts nach F i g. 2 in größerem Maßstab, wobei der oberste Teil weggebrochen ist,

F i g. 10 ein Detail aus F i g. 8,

Fig. 11 einen Schnitt nach Linie 11-11 in Fig. 8_;

Fig. 12 einen Schnitt durch die in Fig. 8 und 11 gezeigte Förderkapsel und den obersten Teil des Bohrgeräts nach F i g. 2,

Fie. 13 eine perspektivische Ansicht der geöffneten Drehantriebseinheit im oberen Bereich des Bohrgeräts nach F i g. 2,

Fig. 14 ein Detail aus Fig. 13 hei anderer Lage der Teile,

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht, zum Teil Schnittansicht eines bei der selbsttätigen Montage des Bohrgestänges durch das Bohrgerät benutzten Spannfutters,

Fig. 16 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab nach Linie 16-16 in Fig. 2,

Fig. 17 eine Fig. 16 entsprechende Ansicht bei anderer Lage der Teile,

Fig. 18 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab nach Linie 18-18 in F i g. 2.

Fig. 19 eine Fig. 18 entsprechende Ansicht bei anderer Lage der Teile,

F i g. 20 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab nach Linie 20-20 in F i g. 2,

Fig. 21 einen Teillängsschnitt durch das Bohrgerät nach F i g, 2 entlang der Bohrachse,

Fig. 22 einen Teilschnitt nach Linie 22-22 in F ig. 20,

F i g. 23 ein Detail zu F i g. 21,

Fig. 24 eine Fig. 20 entsprechende, aber vereinfachte Darstellung des Bohrgeräts.

Das in Fig. ! dargestellte Bohrgerät 11 steht mit drei Beinen 12, 1?, 14 auf dem Meeresboden. Es ist dorthin von einem Schiff 15, an einem Kabel oder Seil 16, 17 hänge ld, welches über Umlenkrollen am Bohrgerät geführt ist, abgesenkt worden. Eine Förderkapsel 18, welche die Verbindung vom Schiff zum Bohrgerät darstellt, befindet eich nach Fig. I geradi auf halbem Wege zwischen beiden. Die Fürderkapse wird an dem Kabel oder Seil 16, 17 geführt unc hängt an einem weiteren Kabel 19. Ein elektrische! Kabel 20 dient der Stromversorgung der verschiedenen elektrischen Teilaggregate des Bohrgeräts unc enthält auch die elektrischen Verbindungsleitungen für die am Bohrgerät angebrachten Kontroll- und Meßinstrumente.

ίο Das elektrische Kabel 20 ist bei 21 an dem Fuß 12 befestigt. Da das Seil 16, 17 und das Kabel 20 mit größerem Zwischenabstand vom Schiff abgelassen werden, wird verhindert, daß sich das Bohrgerät 11 während des Niederlassens auf den Meeresgrund dreht. Wenn das Gerät jedoch in sehr große Tiefe niedergelassen wird, reicht die beschriebene einfache Anordnung der Seile bzw. Kabel nicht aus, und es bedarf eines durch einen reversiblen Hydraulikmotor angetriebenen Propellers ?Z zur Stabilisierung der

Lage des Bohrgeräts während des Absenkens. Dieses ist vorzugsweise mit einem die Richtung anzeigenden Gerät, z. B. einem Gyroscop odei Kompaß 23 (F i g. 6) ausgestattet, und die Richtungsanzeige wird ;,n das Schiff übermittelt, von wo aus dann der Propeller 22 gesteuert wird.

Das dreifüßige Bohrgerät besitzt ein ringförmiges Gehäuse 24 mit zwei Trennwänden 25, 26 (F i g. 6). Diese unterteilen das Gehäuse 24 in eine Kammer

27, welche zu dem umgebenden Wasser hin offensteht, und eine wasserdicht verschlossene Kammer

28, die mit Öl gefüllt ist und durch eine aus einem Elastomer bestehende Kappe 29 abgeschlossen ist. Die Kappe 29 bildet einen ringförmigen oberen Dekkel für das gesamte Gehäuse 24 oder dessen größten

Teil und ist mit dem Gehäuse 24 mittels Schrauben dicht, aber lösbar verbunden. Somit kann die Kappe 29 in einem gewünschten Umfangsbereich geöffnet und umgefaltet werden, um die im Gehäuseinneren installierten Motoren und Pumpen, z.B. zur Wartung, zugänglich zu machen. Wegen der Nachgiebigkeit der Kappe 29 herrscht in der mit öl gefüllten Kammer 28 immer der Druck des umgebenden Wassers, so daß die Wände des Gehäuses 24 dünn ausgeführt werden können.

Die Füße 12 bis 14 sind doppeltwirkende hydraulische Kraftzylinder mit allseits beweglich montierten Schuhen 30 an den ausfahrbaren Kolben (Fig. 5). Die Grundflächen der Schuhe sind mit Löchern versehen durch welche Wasser herausgepumpt werden kann, um das Anheben des Bohrgeräts zu erleichtern, wenn dessen Füße in den Meeresgrund eingesunken sird. Der Druck in den Zylinderräumen der Kraftzylinder, welcher der Belastung des jeweiligen Fußes entspricht, wird gemessen und auf elektrischem Wege an das Schiff übermittelt, so daß dort erkennbar ist, ob die Gefahr besteht, daß das Bohrgerät umkippt. In die zentrale öffnung des ringförmigen Gehäuses 24 erstreckt sich ein rundes, drehbares Magazin 31 für die Einzelelemente des zusammenzusetzenden Bohrgestänges. Das Magazin 31 ist umgeben von eirsm stromlinienförmigen Gehäuse 32, welches frei drehbar ift und die Funktion hat, die dynamischen Kräfte auf das Bohrgerät zu verringern. Eine Drehantriebseinheit 34 ist mittels ein.s doppeltwirkenden hydraulischen Kraftzylinders 35 in Bohrvornchubrichtung hin- und hergehend verschieblich. Der Kraftzylinder 35 ist an dem dreifüßigen Grundrahmen des Bohrgeräts fest angebracht. Gelenkige

Streben 36 nehmen die Reaktionskräfte des Drehantriebs auf und fangen sie am Kraftzylinder 35 ab.

Die Drehantriebseinheit 34 ist in Fig. 13 im Detail dargestellt. Dazu gehört ein in beiden Drchrichtungcn betreibbarer hydraulischer Motor 38, vorzugsweise der Verdrängerbauart, also z. B. in der Ausführung wie eine Axialkolbenpumpe. Der Motor 38 greift über ein Ritzel 41 in eine Fassung 39 für eine hohle Antriebswelle 40 ein, welche mit der Fassung 39 durch einen Keil 42 drehfest verbunden ist. Axiale Kräfte zwischen der Fassung 39 und der Abtriebswelle 40 werden durch radiale Stifte 43 übertragen, die stark genug sind, den während des Betriebs auftretenden axialen Kräften zu widerstehen, jedoch brechen, wenn das Bohrgestänge aus irgendeinem Grund steckenbleibt und das Bohrgerät unter Zurücklassung des Gestänges gehoben werden muß. In diesem Falle verbleibt die Abtriebswelle 40 am oberen Ende des zurückgelassenen Bohrgestänges.

Im Gehäuse der Drehantriebseinheit ist weiterhin ein Kraftzylinder 44 montiert, welcher auf eine mit zwei Zähnen versehene Klinke 45 wirkt, deren Zähne bei ausgefahrenem Kraftzylinder 44 nicht mit dem auf der Fassung 39 sitzenden Zahnrad in Eingriff sind, beim Zusammenziehen des Kraftzylinders 44 jedoch in Eingriff kommen (Fig. 14) und dabei auf die Fassung 39 und die Abtriebswelle 40 ein Drehmoment ausüben, welches groß genug ist, die Verspannung im Gewinde der miteinander verschraubten Elemente des Bohrgestänges zu überwinden, d. h. die festgezogenen Verschraubungen zu lockern. Eine Schraubenfeder 46 dient dazu, nachzugeben, wenn die beiden Zahne der Klinke 45 beim in Eingriff bringen gerade auf zwei Zähne des Zahnrades auf der Fassung 39 treffen.

Am Vorschubzylinder 35 ist gemäß F i g. 15 axial verschieblich und frei drehbar in einer Aufnahmebuchse 47' ein insgesamt mit 47 bezeichnetes doppeltes Spannfutter gelagert (Fig. 9 und 15). Es hat zwei unabhängig voneinander betätigbare Futter, deren jedes drei Klauen 48. 49 aufweist, die an hydraulisch betätigbaren Kolben 50. 5.1 befestigt sind. Das Futter 47 kann mittels eines Kraftzylinders 52 und einer damit zusammenwirkenden Klinke 53, die mit einem Zahnring 54 am Futter in Eingriff zu bringen ist, insgesamt gegen Drehung gesperrt werden. Unterhalb des ringförmigen Gehäuses 24 ist an dem dreibeinigen Grundrahmen des Bohrgeräts eine weitere Klemmeinrichtung 55 (F i g. 16) angebracht, mittels welcher die Bohrstangen oder -rohre festgeklemmt werden können. Die Klemmeinrichtung 55 wird mittels zweier hydraulischer Kraftzylinder 56,57 betätigt und kann mittels eines dritten hydraulischen Kraftzylinders 58 weit geöffnet werden, um in dieser Stellung ein Bohrrohr oder ein Rohrgehäuse hindurchzulassen. Starke Federn 59 sorgen dafür, daß das Bohrrohr selbst dann festgehalten wird, wenn die Kraftzylinder 56, 57 ausfallen. Unterhalb der Klemmeinrichtung 55 ist noch eine weitere Klemmeinrichtung 60 (F i g. 20) mit Klemmbacken 61, 62 zum Festklemmen eines Rohrgehäuses angebracht; die Klemmbacken 61, 62 werden durch Federkraft offengehalten und durch Zug eines hydraulischen Kraftzylinders 63 betätigt. Eine Gummischeibe 64 dient dazu, Schlamm und Sand davon abzuhalten, unmittelbar in die Klemmeinrichtung 55 zu treiben. Das drehbare Magazin 31, welches am Vorschubzylinder 35 befestigt ist und diesen umgibt, besteht aus einer oberen Qucrplatte 65 und einer unteren Querplatte 67, die miteinander verbunden sind. Unterhalb der unteren Querplatte 67 ist eine von einem hydraulischen Kraftzylinder 69 betätigbare Schließeiiirichtung 68 angebracht, welche in Fig. 18 in der offenen und in Fig. 19 in der geschlossenen Stellung gezeigt ist. Die Schließeinrichtung 68 bringt bei Betätigung einen Schieber vor eine öffnung in einer unbeweglichen ringförmigen Platte 70, welche eine Anlage für

ίο eine Anzahl Bohrrohre, das Kernrohr und zwei Rohrgehäuse bildet. Diese Elemente des Bohrgestänges werden alle in verschiedenen Löchern der Querplatten 65, 67 im Magazin gehalten. Dieses kann mittels eines hydraulischen Kraftzylinders 71 schrittweise gedreht werden, wie aus Fig. 4a und 4b ersichtlich.

Das Kabel bzw. Seil, an welchem das Rohrgerät zum Meeresgrund herabgelassen wird und dessen beide Enden mit 16 bzw. 17 bezeichnet sind, wird am Bohrgerät über zwei Rollen 72, 73 (Fig. 9) geführt und umgelenkt. Es sind am Bohrgerät, und zwar an der Drehantriebseinheit 34, zwei Führungsgliedc-r 74 vorgesehen, welche die Kabelzüge 16, 17 führen und außerdem auch eine Führung beim Aufsetzen der Förderkapsel 18 bilden (Fig. 8 und 10). Die Kammer im Gehäuse der Drehantriebseinheit 34. in welcher das Ritzesl 41, die Fassung 39 für die Abtriebswelle 40 und der Knrftzyiinder 44 montiert sind, ist mit öl gefüllt und durch eine Aufsetzplatte 76 (Fig. 12) verschlossen. In der Darstellung nach F i g. 8 ist der obere Teil der Aufsetzplatte 76 im wesentlichen längs der Linie 8-8 in Fig. 12 weggelassen. Die Abtriebswelle 40 erstreckt sich nach oben bis in die Aufsetzplatte 76 und ist in ihrer dortigen Aufnahmebohrung durch eine geeignete Dichtung abgedichtet.

Die Aufsetzplatte 76 bildet die Plattform, auf welcher die Förderkapsel 18 landet. Diese besteht aus einem länglichen zylindrischen Teil 77 (Fig. 12) und einem Unterteil 78. v/elcher auf seiner Unterseite einen kegelstumpfförmigen Dichtungsring 79 aus Gummi trägt und außerdem mit vier sich radial erstreckenden Armen 80 (Fig. 11) versehen ist. Der zylindrische Teil 77 der Förderkapsel ist doppelwandig ausgebildet (Fig. 12), wobei die innere Zylinderwand 81 einen Zylinderraum für eine kolbenförmig ausgebildete Kupplungseinrichtung 82 bildet, an welcher das Kabel 19 befestigt ist und weiche dazu dient, mit einem durch das Bohrgestänge verschieblichen Kernaufnahmerohr gekuppelt zu werden. Die Förderkapsel 18 ist bei 86 mit dem mit 16 bezeichneten Kabelende verbunden und führt sich mittels einer Führungseinrichtung 87 (F i g. 8 und 10) auf dem Kabelende 17. Die Förderkapsel 18 kann also mittels des Kabels 16, 17 zwischen dem Schiff und dem Bohrgerät 11 hin- und hergezogen werden. An der Aufsetzplatte 76 ist ein Ring 88 befestigt. Falls die Förderkapsel 18 beim Aufsetzen auf das Bohrgerät nicht aufrecht steht, wird einer der an ihr angebrachten Arme 80 gegen den Ring 88 stoßen, so daß die Förderkapsel durch das Kabel 16,17 in die aufrechte Lage gezogen und dadurch der Aufsetzvorgang erleichtert wird.

In der mit Wasser gefüllten Kammer 27 des Gehäuses 24 ist eine Spülwasserpumpe 89 installiert, deren Saugleitung für das anzusaugende Seewasser auf der Oberseite der Aufsetzplatte 76 mündet, und zwar in einem Bereich, welcher nach dem Aufsetzen

der Föiderkapsel 18 innerhalb des Dichtungsringes schneiden. Die Einzelheiten dieses Kupplungsmecha-79 und somit des durch diesen, das Unterteil 78 dei nismus und des Lösers der Kupplungen sind in der Förderkapsel und die Aufsetzplatte 76 begrenzten USA.-Patentschrift 3 567 269 beschrieben. Hohlraums 90 liegt. Radial nach innen ist der Hohl- Die Spülwasserpumpe 89 in der mit Wasser gefüllrau πι 90 durch eine weitere, auf der Aufsetzplatte 76 5 ten Kammer 27 des Gehäuses 24 wird über eine zur Anlage kommende Dichtung 91 auf der Unter- Kette durch einen elektrischen Motor 101 in der mit seite ces Unterteils 78 abgedichtet. Ein federbelaste- öl gefüllten Kammer 28 angetrieben. Dort befindet tes Überdruckventil 92, welches erst bei einer be- sich außerdem eine Hydraulikpumpe 102 für den hystimmten Druckdifferenz zwischen de,n Umgebungs- drostatischen Antrieb des Drehantriebmotors 38, druck im Wasser und dem durch die Pumpe 89 er- io eine Hydraulikpumpe 103 zur Versorgung der hyzeugten Unterdruck im Hohlraum 90 öffnet, hält draulisch ausfahrbaren Füße 12 bis 14 und des Prodort den Unterdruck auf einem ganz bestimmten pellers 22 und eine Hydraulikpumpe 113, welche mit Wert, welcher sich durch Veränderung der Feder- dem Vorschubzylinder 35 zusammenwirkt. Die Hykraft des Ventils 92 einstellen läßt. Durch den Unter- draulikpumpen werden durch Elektromotoren aneedruck wird die Förderkapsel 18 sofort nach ihrer 15 trieben, welche ohne Gehäuse unmittelbar im öl ro-Landung auf der Aufsetzplatte 76 festgesaugt und tieren, und die Pumpen saugen das öl unmittelbar dadurch gehalten. Die Druckleitung 93 der Spülwas- aus ihrer Umgebung an. Wenn der Vorschubzylinserpumpe 89 führt zu einem Ventil 9Φ in der Auf- der 35 betätigt wird, verändert sich die Menge des setzplatte 76. Dieses Ventil 94 wird dur:h Federkraft Niederdrucköls, aber auch diese beträchtlichen in einer Ausgangsstellung gehalten, in welcher die 20 Schwankungen werden durch die flexible Kappe 29 Druckleitung der Pumpe an einen Kanal 95 ange- aufgefangen.

schlössen ist der in einen zylindrischen Raum ober- I_n der mit Wasser gefüllten Kammer 27 befindet halb der hohlen Abtriebswelle 40 fuhrt, so daß das sich eine kleine Luftkammer 110 mit einem Anzeiee-Spülwasser während der Bohrarbeiten in die Ab- gerät 111 für die Neigung. Dieses in Fi e 7 daree triebswelle und damit in das Bohrgestänge gedrückt a₅ stellte Anzeigegerät besteht aus drei kommunizierenwird. Wenn sich jedoch die Forderkapsel 18 auf das den, teilweise mit einer leitenden Flüssigkeit sefüllten Bohrgerät setzt, betätigt sie ein Hebelgestänge 96. Glasrohren, welche nach den drei Füßen 12 bis 14 durch welches das Ventil 94 in die in F i g. 12 darge- ausgerichtet sind. Vier den Flüssigkeitsstand abfühstclltc Lage umgestellt wird, m welcher die Drucklei- lende Elektroden sind über das Kabel 20 mit Anzei rung der Pumpe 89 an einen anderen Kanal 97 ange- 30 gegeräten auf dem Schiff verbunden so daß dort die schlossen wird, welcher durch die Dichtung 91 hin- Neigung sichtbar gemacht werden kann Der Flüssiedurch in den Zwischenraum zwischen den beiden keitssta.vl in den Glarohren kann mittels eines motovVanden des zylindrischen Oberteils 77 der Förder- risen an^-triebenen Kolbens 112 verändert werden kapsel führt Durch eine Öffnung am oberen Ende Nachfolgend wird die Funktion der beschriebenen der inneren Wand 81 gelangt das Druckwasser in den 35 Vorrichtung unter Bezugnahme insbesondere auf durch diese gebildeten Zylinder über die kolbenför- F i g. 24 beschrieben, in welcher die Schließeinrich mige Kupplungseinrichtung 82, die auf diese Weise tung 68, die Klemmeinrichtung 55 die Rohreehä-se durch die Abtriebswelle 40 und das Bohrgestänge klemmeinrichtung 60 und das Spannfutter 67 sehe nach unten gedrückt wird. Gleichzeitig, während das matisch dargestellt sind. Das Magazin 31 ist aus Ventil 94 umgestellt wird, öffnet die aufsetzende 40 zeichnerischen Gründen weggelassen worden Förderkapsel einen Verschluß 98 in der zentralen Nachdem das Bohrgerät 11 auf dem Meeresgrund Öffnung der Auf seteplatte 76 oberhalb der Abtriebs- abgesetzt worden ist, wird die Drehantriebseinhf™4 welle 40 und des Kanals 95. Dieser Verschluß war _{in ihre} obere Stellung verfahren und das Magazin 31 zum Empumpen von Spülwasser in das .Bohrgestänge _So weit gedreht, bis ein Rohrgehäuse 105 in dem Maerforderlich, wurde aber der niederfahrenden Kupp- _{45 gaz}i_n mit der Abtriebswelll 40 und den Füttern lungseinnchtung 82 im Wege sein. _{fluchtet Das Ro}hrgehäuse, welches selbst ein RoS

Es versteht sich, daß das Ventil 94 und der Ver- ist, hat an seinem "unteren Ende eine kranzförmig

Schluß 98 nur sehr schematisch dargestellt sind. Bohrkrone und an seinem oberen Ende einen Adan!

Beide sind in praktischer Ausführung vorzugsweise ter 104. Dieser ist mit dem Rohrgehäuse durch eine

als ein einziges Ventil ausgebildet. Zweckmäßiger- 50 Bajonettverbindung vereinigt und weist an seinem

weise werden dabei auch die Streben 36 als Teile der oberen Ende ein Gewinde auf so daß er mit dem un

Saugleitung zwischen der Drehantriebseinheit und teren Ende der Abtriebswelle 40 verschraubt werden"

der Pumpe 89 benutzt. kann. Das Rohrgehäuse 105 und sein Adapter 104

Nach der Darstellung m Fig. 12 ist die Kupp- sind in Fig.21 dargestellt, wo auch der obere Teil

liiingseinrichrung 82 gerade mit einem Kemaufnah- 55 des Magazins angedeutet ist. Dessen obere Quer-

merohr durch Verhaken zusammengekuppelt. Zu platte 65 hat eine Buchse mit einer Anzahl Gummi-

diesem Zweck hat das letztere ein Paar Haken 99, ringe 107, deren einer den Adapter 104 hält Die

welche hinter einen wie eine Speerspitze ausgebilde- Bohrstangen-Klemmeinrichtung 55 ist wie gemäß

ten Kopf 100 an der Kupplungseinrichtung 82 ein- Fig. 17 weit geöffnet, und die Schließeinrichtung 68

greifen können. Die Kupplungseinrichtung 82 und 60 sowie die Rohrgehäuse-Klemmeinrichtung 60 sind

das Kernaufnahmerohr 98 können zusammengekup- ebenfalls geöffnet, so daß das Rohrgehäuse 105 hin-

pelt und wieder gelöst und das Kernarafhahmerohr durchgeführt werden kann. Die Drehantriebseinheit

Ϊ8, welches in seiner Position am vorderen Ende des 34 wird nunmehr abgesenkt, während die Abtriebs-

Bohrgestänges den inneren rohrförmigen Teil einer welle 40 rotiert, so daß diese auf den Adapter Ee-

lus diesem und einem äußeren Kernro&r bestehen- 65 schraubt wird und das Rohrgehäuse sich in den Mee-

3en Kernaufnahme bildet, kann mit dem äußeren resgrund einbohrt bis eine Ringnut 106 im oberen

Kernrohr verriegelt werden. Das letztere trägt eine Bereich des Rohrgehäuses sich gerade gegenüber der

kernbohrkrone aus Diamanten oder Hartmetall- Klemmeinrichtung 60 befindet. Diese "wird betätigt

und hält nun. wie in F i g. 22 gezeigt, das Rohrgehäusc 105. bis die Bohrarbeiten beendet sind. Auf diese Weise wird das Bohrgerät 11 auf dem Meeresgrund lest verankert.

Nachdem das Rohrgehäuse eingebohrt worden ist, wird die Ahtriebswelle 40 ein wenig rückwärts gedieht und ('atm die Drehantriebseinheit 34 hochgefahren, so daß die Bajonettverbindung zwischen dem Adapter 104 und dem Rohrgehäuse 105 gelöst wird. Der Adapter 104 wird nun in der Klemmeinrichtung 55 festgeklemmt (Fig. 16), und der hydraulische Kraftzylinder 44 der Drehantriebseinheit (Fig. 13) wird zusammengezogen (Fig. 14), wodurch die Schraubverbindung zwischen der Abtriebswelle 40 und dem Adapter 104 gelockert wird. Der Kraftzylindei 44 dreht die Abtriebswelle 40 nur um ungefähr 30°. Die Schraubverbindung wird also zwar gelockert aber nicht vollständig gelöst. Die Drehantriebseinheit wird dann weiter hochgefahren, bis der Adapter 104 in den Gummiringen 107 steckt, woraufhin die Abtriebswelle 40 rückwärts gedreht und vom Adapter losgeschraubt wird. Die Drehantriebseinheit 34 wird nunmehr in ihre obere Endstellung gefahren. Der Adapter 104 bleibt im Magazin, wie in Fig. 23 gezeigt.

Da die auf dem Meeresgrund anzutreffenden Bedingungen sehr unterschiedlich sind, wird das Magazin 31 normalerweise mit zwei Rohrgehäusen 105 mit Adaptern 104 ausgerüstet. Die beiden Rohrgehäuse haben unterschiedliche Längen, so daß die Bedienungsmannschaft das jeweils besser geeignete Rohrgehäuse auswählen kann. Das andere bleibt im Magazin und wird nicht benutzt.

Die Schließeinrichtung 68 wird in die geschlossene Stellung umgestellt und das Magazin 31 weitergedreht, so daß das unterste Element des Bohrgestänges, nämlich das äußere Kernaufnahmerohr mit an seinem unteren Ende befestigter Kernbohrkrone mit den Spannfuttern und Klemmeinrichtungen fluchtet. Die Drehanttiebseinheit 34 wird langsam abgesenkt, während die Abtriebswelle 40 rotiert und, während daß äußere Kernaufnahmerohr auf der Schließeinrichtung 68 steht, schraubt sich die Abtriebswelle 40 mit diesem zusammen, da die Reibung in der Magazinhalterung hierfür ausreicht. Nun kann die Schließeinrichtung 68 geöffnet werden und das Bohren durch das bereits eingebohrte Rohrgehäuse hindurch beginnen. Sobald die Verbindungsstelle zwischen dem Kernrohr und der Abtriebswelle 40 gerade unterhalb der Schließeinrichtung 68 gelangt ist, wird das Kernrohr durch die Klemmeinrichtung 55 geklemmt und die Schraubverbindung mittels des Kraftzylinders 44 gelockert und mittels des Drehantriebsmotors 38 gelöst. Die Dreh antriebseinheit 44 wird danach wieder hochgefahren, daß Magazin 31 einen Schaltschritt weitergedreht und ein einzelnes Bohrrohr zunächst mit der Abtriebswelle 40 und dann mit dem Kernrohr verschraubt.

Jedesmal, wenn das in das äußere Kernrohr abgesenkte innere Kernaufnahmerohr mit einem Bohrkern gefüllt ist oder der Kern bricht und klemmt, bewegt sich das innere Kern auf nahmerohr in dem äußeren Kernrohr ein wenig nach oben, wpbei ein nicht gezeigter, am oberen Ende des Kemaufnahinerohrs angebrachter Gummiring so betätigt wird, daß er die Spülflüssigkeit blockiert. Daraus resultiert ein Druckanstieg im Strom der Spülflüssigkeit, und da deren Druck auf den Instrumenten an Bord des Schiffes angezeigt wird, weiß die Bedienungsmannschaft, wann das Kernausnahmerohr 98 geleert werden muß Dann wird der Elohrantrieb abgestellt und die Förderkapsel 18 mittels des Seils 16, 17 zu dem Bofirgerät gezogen. Wenn sie sich auf dieses setzt, wird die kolbenförmige Kupplungseinrichtung 82 mit dem speerspitzenförmigen Kupplungselement 100 selbsttätig durch das Bohrgestänge bis zum Kernrohr nach unten gepumpt, und die Speerspitze 100 verriegelt

ίο sich automatisch mit den Haken 99 am oberen Ende des inneren Kernaufnahmerohrs. Wenn das Seil 19 angezogen wird, wird das innere Kernaufnahmerohr von dem äußeren Kernrohr gelöst und gleichzeitig der Kern an seinem unteren Ende abgetrennt. Die Kupplungseinrichtung 82 mit dem Kernaufnahmerohr wird mit dem Seil 19 in die obere Stellung in der Förderkapsel gezogen. Während des Hochziehens kann der Pumpendruck der Spülwasserpunipe 89 aufrechterhalten bleiben, welcher von oben auf

ao die Kupplungseinrichtung 82 wirkt, wenn in bevorzugter Ausführung die Kupplungseinrichtung einen Durchlaßkanal mit Ventil aufweist, welches den Durchfluß der Spülflüssigkeit gestattet.

Danach wird ein elektromagnetisch gesteuertes

as Ventil 107 in der Weise betätigt, daß die Druckleitung und die Saugleitung der Pumpe 89 in Verbindung gebracht werden. Infolge Leckage durch das Überdruckventil 92 steigt nunmehr der Druck im Hohlraum 90 bis auf den Umgebungsdruck im Wasser an, so daß die Förderkapsel 18 durch das Seil 16,

17 oder das Seil 19 zur Wasseroberfläche gezogen werden kann. Das Kernaufnahmerohr 98 wird an Bord des Schiffes geleert, danach die Förderkapsei

18 wieder bis zum Aufsetzen auf dem Bohrgerät heruntergezogen und die Kupplungseinrichtung 82 in das Bohrloch nach unten gepumpt, um das Kernaufnahmerohr wieder an das untere Ende des Bohrgestänges zu bringen, v/o es automatisch mit dem äußeren Kernrohr verriegelt wird und gle.chzeitig von der Kupplungseinrichtung 82 gelöst wird. Diese wird wieder zur Förderkapsel hingezogen und zusammen mit der letzteren dann weiter zur Wasseroberfläche oder halbwegs zur Wasseroberfläche weitergezogen, wo diese Teile hängengelassen werden, bis das Kernaufnahmerohr wiederum geleert werden muß.

Wenn die gewünschte Tiefe des Bohrlochs erreicht ist, werden die Bohrrohre des Bohrgestänges wieder in das Magazin eingeholt. Dazu wird die Drehantriebseinheit 34 in ihre Stellung nach F i g. 24 verfahten, in welcher sich die Verbindungsstelle zwischen der Abtriebswelle 40 und dem obersten Bohrroh] 108 in der Mitte des doppelten Spannfutters 67 befindet. Die beiden Einzelfutter des Doppelspannfutters werden betätigt und fassen die genannten Rohrteile; das Doppelspannfutter selbst bleibt zunächs insgesamt frei drehbar. Es wird dann der Kraftzylinder 44 betätigt, um die Schraubverbindung zwischei dem obersten Bohrrohr 108 und dem übrigen Bohr gestänge 109, welches inzwischen durch die Klemmeinrichtung 55 vest gehalten wird, zu lockern, wöbe das Doppelspannfutter 47 die Schraubverbindung zwischen der Abtriebswelle 40 und dem Bohrrohj 108 geschlossen hält. Nunmehr werden die Klemm einrichtung 55 und das Spannfutter 47 geöffnet um die Drehantriebseinheit abgesenkt, bis die Verbin dungsstelle zwischen dem Bohrrohr 108 und dem üb rigen Bohrgestänge 109 gerade oberhalb der Klemm einrichtung 55 liegt Daraufhiü werden die Klemm

einrichtung 55 und das Spannfutter 47 geschlossen, um das Bohrgestänge 109 zu halten, während das Bohrrohr 108 mittels des Drehantriebsmotors 38 vom Bohrgestänge 109 losgeschraubt wird. Das Doppelspannfutter 47 ist axial beweglich, wodurch dieses Losschrauben ermöglicht wird. Danach wird die Drehantriebseinheit 34 hochgefahren, bis die Verbindungsstelle zwischen der Abtriebswelle 40 und dem Bohrrohr 108 sich wieder in der Mitte des Doppelspannfutters 47 befindet, und es wird das untere Einzelfutter 49 gespannt, so daß es das Bohrrohr 108 hält, während der Kraftzylinder 44 und der Drehantriebsmotor 38 die Antriebswelle lockern und von dem Bohrrohr abschrauben, wobei Drehung des Spannfutters mittels Kraftzylinder 52 verhindert ist. Nunmehr wird die Schließeinrichtung 68 geschlossen, so daß das Bohrrohr 108 auf sie auftrifft, wenn sich die Spannklauen des Doppelspannfutters 47 lösen.
Das Magazin kann anschließend einen Schalt-

schritt weitergedreht werden, wobei das Bohrrohr 108 darinnen bleibt. Die Abtriebswellc 40 kann wieder durch das Magazin abgesenkt werden, mit dem nunmehr obersten Bohrrohr verschraubt und wieder hochgezogen werden, wobei das Bohrgestänge nachgezogen wird. In der beschriebenen Weise wird dann das nächste Bohrrohr in das Magazin zurückgeholt. Wenn wieder alle Bohrrohre im Magazin enthalten sind, wird dieses gedreht, bis der Rohrgehäuse-Adap-

ter 104 mit der Abtriebswelle 40 fluchtet, die daraufhin mit ihm zusammengeschraubt wird. Anschließend wird das Rohrgehäuse 105 in das Magazin gezogen und die Verbindung zwischen dem Adapter 104 und der Abtriebswelle 40 gelöst.

Nunmehr kann das gesamte Bohrgerät 11 angehoben und an anderer Stelle zum Bohren eines weiteren Bohrloches abgesetzt werden, ohne daß es nötig wäre, das Gerät an die Wasseroberfläche hochzuziehen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum UnteAvasserbohren mit einem von einer Station an der Wasseroberfläche auf den Grund absenk- und dort aufstellbaren, fernsteuerbaren Bohrgerät, welches den Dreh- und Vorschubantrieb mit zugehörigen hydraulischen Antriebsmotoren für ein Bohrgestänge enthält und eine einen Teil eines Gerätegehäuses bildende, wasserdichte und mit Öl gefüllte Kammer aufweist, deren Innendruck durch ständigen Druckausgleich im wesentlichen gleich dem umgebenden Wasserdruck ist, dadurch gekennzeichnet, daß die die hydraulischen Antriebsmotoren (35, 38) mit Drucköl versorgenden Pumpen (102, 103, 113) sowie sie antreibende Elektromotoren in der Kammer (2S) angeordnet and und daraus angesaugtes öl im Kreislauf rördern, und daß die Kammer (28) ein nachgiebiges Außenteil hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kreislauf der Pumpen (103, 113) ein oder mehrere Kraftzylinder außerhalb der wasserdichten Kammer (28) angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, zur Verwendung bei einem dreibeinigen Bohrgerät, dadurch cekennzeichnet, daß die wasserdichte Kammer (28) Teil eines ringförmigen Gehäuses (24) ist, wobei der zentral, vom Gehäuse (24) umschlossene Raum ftir das Hindurchführen des Bohrgestänges (108,109) vo· gesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Pumpen (103) beaufschlagten hydraulischen Antriebsmotoren zusätzlich die Standbeine (12 bis 14) des Bohrgeräts (11) umfassen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Gehäuse (24) umschlossene Raum zur Aufnahme eines Bohrstangenmagazins (31) ausgebildet ist, dessen schrittweise betätigbarer hydraulischer Antrieb (71) an eine der Pumpen in der wasserdichten Kammer (28) angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Kammer (28) angeordneten Elektromotoren ohne Gehäuse unmittelbar im Öl rotierend ausgebildet sind.