DE2238186A1

DE2238186A1 - Anlage fuer kernprobenbehaelter

Info

Publication number: DE2238186A1
Application number: DE2238186A
Authority: DE
Inventors: Tiete O Wolda
Original assignee: Dresser Industrial Products Ltd
Current assignee: Dresser Industrial Products Ltd
Priority date: 1971-09-15
Filing date: 1972-07-31
Publication date: 1973-03-22
Also published as: SE400806B; ZM12672A1; ZA725122B; BR7206134D0; CA967142A; AU4525072A; US3777826A; NL7212164A; GB1369340A; AU476842B2

Description

DRESSER INDUSTRIAL PRODUCTS, LTD., Vancouver/Kanada Anlage für Kernprobenbehälter

Die Erfindung bezieht sich auf die Technik des Kernbohrens im allgemeinen und auf eine Anlage zum Entnehmen einer Kernprobe ohne Entfernen des Bohrstranges aus dem Bohrloch im besonderen.

Es ist allgemeine Praxis, Proben oder Kerne zum Erhalten geologischer Informationen zu entnehmen. Die Kerne können erhalten werden, indem ein hohler rotierender Bohrstrang oder eine Meißelstange mit einem Kernschneidemeißel am inneren Ende und eine Kernbüchse im hohlen rotie- !•enden Bohrstrang neben dem Kernmeißel verwendet wird. Um das Entfernen des ganzen Bohrstranges beim Erhalten eines Kerns überflüssig zu machen, sind Kernbüchsengeräte entwickelt worden, die durch den Bohrstrang transportiert werden können. Die Kernbüchse wird am Innenende des Bohrstrangs neben dem Kernmeißel in Arbeitsstellung gebracht und zur Entnahme eines Kerns am Bohrstrang befestigt. Ist die Kernentnahme ausgeführt und der Kern abgebrochen worden, so wird die Kernbüchse freigegeben und zum Außenende des Bohrstranges gebracht.

Im allgemeinen kann das Kernbohren in Aufwärts- oder in Ab/;ärbsbohren unterteilt werden» Das Abwärtsbohren ist

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8AD ORiGfNAL

las übliche Pohren, bei dem das Rohren juj der Horizontalen nach unten erfolgt, und¹ dnc Au f?/'Ir t;sbohren erfolgt aus der Horizontalen nach oben al ο AufVirbobohren in die Formationen oberhalb einer Mine. Kernbohruncen werden oft in Formationen vorf-cnomipen, iie 'Jusaer oder andere Flunnigkeiten enthalten, und v/Hhren 1 des Bohrens iilil.uliert im allgemeinen eine Bohrflüssigkeit durch den Bohrstrang, um den LIeißel zu kühlen und die Schneidspäne und den Steinschufcfc aus dem Bohrloch zu spülen. Kc ict erwünscht, eine einzige Kernprobenbüchse für den ganzen Kernentnahmevorgang zu besitzen, und das Gerät sollte sowohl in Aufwärts- aLs auch in Abwärts!;'ehern verwendet werden können. Das Gerät muß somit; sehr vielseitig zum Durchführen der notwendigen Funktionen unter sich ändernden Bedingungen sein.

Vielleicht ist es das wichtigste Erfordernis einer Kern-büchsenanlage, daß sie zuverlässig ist. Die ^.nlage muß stets gut arbeiten, auch wenn sie strengen Umweltbedingungen ausgesetzt ist. Die Anlagü soll ein Signal liefern, v;enn das Kernprobengerät richtig in dex· Arbeitslage sitzt, um dem Bohr^orsonal anzuzeigen, daß es mit dem Kernbohren beginnen kannj wenn das Gerät nicht richtig sitzt, soll es ein Signal liefern, das' dem Eohrper- '· sonal anzeigt, daß zusätzliche Schritte vor dem Bohrbeginn vorgenommen werden müssen.

Durch das Gerät muß ein Kanal führen, der die Flüssigkeit während des Bohrens zum Meißel gelangen läßt. Ist der Kernbehälter gefüllt, so soll das Kernprobengerät ein Signal liefern, das dem Bohrpersonal anzeigt, daß die Kernprobe entnommen worden ist. Das Kernprobengerät; soll sich automatisch aus dem Kernentnahmevorgang am Innenende des Bohrstrangs uns lev Arbeitsstellung ausklinken und an das Außenende des Bohrstranges gelangen.

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BADORJGINAL

Die bacherigen Anlagen mit Kernbehältern enthaltr-n verschiedene '/erfahren zum Transportieren Ie c Kernbehältergerätes durch den Bohrstrang. Ein grundsätzliches Gerät wird durch eine mit einem Drahtseil verbundene Abcenkeinrichtung in die Arbeitsstellung gelassen. Die Abcenkeinrichtung gibt dort den Kernbehälter frei und wird ^.!rückgezogen. Nachdem der Behälter die Kernprobe aufgenoaren hat, wird ein mit einem Kabel verbundenes Suchgerät in den Bohrstrang gesenkt und am Behälter befestigt. Das Suchgerät mit dem Kernbehälter in Schlepp wird durch Ziehen am Kabel aus dem Bohrstrang geholt. Eine andere grundsätzliche Anlage enthält einen Kernbehälter, der mit Flüssigkeitsdruck aus der zirkulierenden Flüssigkeit durch den Bohrstrang bewögt wird. Der Kernbehälter muß mit dem Bohrstrang eine Dichtung ergeben, damit der Flüssigkeitsdruck der umlaufenden Flüssigkeit am Kernbehälter wirken und ihn durch den Bohrstrang bringen kann.

In der amerikanischen Patentschrift 3,066,743 wird ein Gerät gezeigt, mit dem eine Kernprobe «jepumpt v/erden kann. Eine Scheibe am Kernprobengerät wird in die Arbeitsstellung gepumpt. Nach Erhftlt der gewünschten Probe wird das Gerät durch Umkehren der Strömung des flüssigen LIeüums zurückgeführt, so daß das Gerät und seine zugehörigen Teile an die Oberfläche der Bohreinrichtung gebracht werden können, wodurch die Kernprobe entnommen und untersucht oder für einen anderen beliebigen Zweck benutzt v/erden kann.

In der amerikanischen Patentschrift 3»Ί2ο,282 ist eine Drahtseilkernbüchse beschrieben, die automatisch zum Meißelende des Bohrstrangs gelangt. Diese Anlage enthält ein Innenrohr für eine Kernbüchse, um einen Kern aufzunehmen, einen Keilfänger zum Zurückziehen des Kernbe-

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hälterinnenrohres vom Meißelende des Bohrgestänges und eine Einrichtung für die Freigabe des Keilfängers vom Innenrohr, so daß dieser vom Innenrohr getrennt zurückgezogen werden kann. Das Kernbehälterinnenrohr ist mit einer Einrichtung versehen, die die Flüssigkeit hydraulisch in ihre Arbeitsstellung drückt, damit sie durch das Innenrohr hindurchgeht und während des Bohrens um den Bohrmeißel zirkuliert.

Die Erfindung betrifft eine Kernbüchsenanlage, die sowohl zum Aufwärts- als auch zum Abwärtsbohren benutzt werden kann. Die Anlage enthält ein einziges Probengerät, das in die Kernlage im Bohrstrang einklinkt, um die Kernentnahme durchzuführen, und ausklinkt, wenn die gewünschte Probe entnommen worden ist. Wähx'end der Kernentnahme kann Bohrflüssigkeit zum Gerät fließen. Zum Verbinden des Gerätes mit dem Bohrstrang während der Kernentnahme ergreift eine bewegliche Klinke am Gerät an einen Klinkensitz am Bohrstrang an. Wenn der Kernprobenbehälter die gewünschte Probe aufgenommen hat, wird die bewegliche Klinke durch einen Klinkenbetätiger aus dem Klinkensitz ausgeklinkt. Das Probengerät enthält ein Dichtungselement, das mit dem Bohrstrang eine Dichtung bildet. Damit Bohrflüssigkeit während der Kernaufnahme am Gerät vorbeifließen und ein Ventilelement im Kanal zum Erleichtern des Transports des Gerätes durch den Bohrstrang durch den Flüssigkeitsdruck geschlossen werden kann, ist ein Flüssigkeitsnebenweg vorgesehen.

Es ist deshalb Aufjrabe der Erfindung, eine Kernbehälteranlage anzugeben, die sowohl zum Aufwärts- als auch zum Abwärtsbohren benutzt werden kann und in der Kernarbeitcstellung richtig einklinkt. Die Anlage soll ferner ein Signal liefern, das das Einklinken in die Arbeitsstellung zur Entnahme der Kernprobe anzeigt. Der Kernprobenbehälter

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soll während der Kernaufnahme richtig eingeklinkt bleiben und das Gerät soll mit einem Kanal versehen sein, durch den während der Kernentnahme Flüssigkeit fließen kann. Ferner soll das Kernprobengerät ein Signal liefern, das anzeigt, daß· die gewünschte Probe entnommen worden ist.

Das Gerät soll nach der Aufnahme der Probe automatisch ausklinken und durch Flüssigkeitsdruck durch den Bohrstrang transportiert werden. Ebenso soll es durch den Bohrstrang in die Kernarbeitsstellung gebracht und von dort zurückgezogen werden können, ohne daß besondere Transportmittel benötigt werden.

Das Gerät soll ferner möglichst wenig bewegliche Teile besitzen und kräftiger und dauerhafter sowie von einfacherem Aufbau bei billigerer Herstellung als bisherige Geräte sein. Es soll schließlich leicht instandgehalten werden können und im Betrieb korrosionsbeständig sein.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen ist:

Figur 1 die Seitenansicht eines Kernprobengerätes nach der Erfindung in einem Bohrstrang, wobei die Klinkenfinger des Gerätes sich an gegenüberliegenden Klinkensitzen im Bohrstrang befinden;

Figur 2 der obere Teil des Kernprobengerätes nach Figur 1, wobei die Klinkenfinger des Gerätes sich in den Klinkensitzen im Bohrstrang befinden;

Figur 3 der obere Teil des Gerätes nach den Figuren 1 und 2 nach der Aufnahme der gewünschten Kernprobe und dem automatischen Ausklinken der Finger; und

Figur 4- ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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Das Kernprobengerät 1o wird besonders in Figur 1 in einem hohlen, drehbaren Bohrstrang 12 dargestellt, der aus einer Reihe von miteinander verbundenen Abschnitten eines hohlen Bohrrohres besteht, die zusammen den Bohrstrang ergeben. Beispielsweise kann der Bohrstrang 12 aus einer Reihe von an den Enden verschraub ten Bohrrohrabschnitten aufgebaut sein. Am Ende des Bohrstrangs 12 ist ein Bohrmeißel 14 angebracht, der eine runde Schneidfläche 16 und eine öffnung 18 in der Mitte besitzt. Die Schneidfläche 16 kann von bekannter Art, z.B. eine mit Diamanten durchsetzte Metallmatrix, sein. Beim Drehen des Bohrstrangs 12 und des Bohrmeißels 14 dient die Schneidfläche 16 zum Zerkleinern der Formationen und zum Ausbilden eines Bohrlochs. Die mittlere öffnung 18 im Meißel 14 ermöglicht während des Bohrens den Aufbau eines Kerns in der Mitte des Bohrstranges. Zum Erlangen geologischer Informationen über die Formation wird ein Abschnitt des Kerns aus dem Bohrloch zurückgezogen, wobei der Kernbehälter nach der Erfindung verwendet wird.

Das Kernbohren kann entweder nach oben oder nach unten von der Horizontalen aus und in beliebiger Neigung erfo.1 gen. Beispielsweise kann das Bohren von der Oberfläche durch nach unten in die Formationen gerichtetes Bohren oder nach oben in die Formationen über einer Mine erfolgen. Das (nicht dargestellte) drehbare Bohrgerät befindet sich vor den Formationen, durch die das Bohren erfolgen soll, und liefert sowohl Dreh- als auch Druckkräfte zum Bohrstrang und kann aus verschiedenen bekannten Itotationsbohrmaschinen bestehen. Das Kernbohren erfordert eine Anlage zum Zirkulieren einer Flüssigkeit zum Kühlen des Meißels und Ausspülen von Schneidabfällen und Schutt aus dem Bohrloch. Die Anlage zum Flüssigkeitsumlauf enthält eine (nicht dargestellte) hydraulische Pumpe, die mit dem Bohrstrang 12 verbunden ist. Die hydraulische

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Pumpe läßt die Bohrflüssigkeit durch das Innere des Bohrstrangs 12 an der Fläche 16 des Kernmeißels 14 und im Ring zwischen der Bohrlochwandung und der Außenfläche des Bohrstrangs zirkulieren.

Zum Erhalten einer Formationsprobe, "befändet sich die Kernprobeneinrichtung 1o am Außenende des hohlen Bohrstrangs und wird durch diesen in eine Stellung am Innenende des Bohrstrangs neben dem Kernmeißel 14 gebracht. Das Außenende des Bohrstrangs ist das Ende nahe vor den Formationen, durch die das Bohren erfolgt, und das Innenende des Stranges ist das Ende mit dem Bohrmeißel. Wenn sich das Gerät 1o in seiner Arbeitsstellung befindet und mit dem Bohrstrang 12 fest verbunden ist, muß die Bohrflüssigkeit am Gerät 1o zum Kühlen des Meißels und Ausspülen von Schneidabfällen und Schutt aus dem Bohrloch vorbeifließen können. Nach Erhalt der gewünschten Probe muß das Gerät 1o ausgeklinkt und durch den Bohrstrang zur Entnahme der Probe zurückgeführt werden können.

Der Bohrstrang 12 enthält einen Klinken- und Aufsetzvorsprungsteil 2o, der dem der anderen Abschnitte des Bohrstrangs ähnlich ist, aber einen inneren Vorsprung 22 und zwei Klinkensitze 24 und 26 enthält. Das Kernprobengerät 1o ist im Bohrstrang 12 angeordnet und wird durch diesen geführt, bis ein Aufsetzring 28 am Gerät 1o den Innenvorsprung 22 am Vorsprungsabschnitt 2o berührt hat, wodurch eine weitere Bewegung des Gerätes 1o verhindert und das Kernprobengerät 1o in die richtige Lage zur Aufnahme eines Kerns gehängt wird.

Der obere Teil des Gerätes 1o besteht aus einem zylindrischen, rohrförmigen Gehäuse 3o, das im Durchmesser etwas kleiner als das Innere des Bohrstranges 12 ist. An ihm sind mit vier Montageschrauben 36, 36' und 37, 37» zwei

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Klinkenfinger 32 und 34 starr befestigt, die aus einem biegsamen und elastischen Material, z.B. aus Federstahl, bestehen. Die Finger 32 und 34 werden in Figur 1 in ihrer entspannten Lage gezeigt, in der sie das Gerüt 1o durch den Bohrstrang transportieren lassen.

Im rohrförmigen Gehäuse 3o befindet sich eine Betätigungsvorrichtung 38, die aus einer ersten Stellung, in der die Klinkenelemente 39 und 4o an den Enden der Klinkenfinger 32 und 34 in entsprechende Einschnitte 41 und 42 in der Seite der Vorrichtung 38 eingepaßt sind, in eine zweite Stellung gleiten können, in der die,.Elemente 39 und 4o der Finger nach außen in die Klinkensitze 24 und 26 gedrückt werden. Wenn sich die Elemente 39 und 4o in den Sitzen 24 und 26 befinden, befinden sich die Finger in einem gespannten Zuctand und können durch die Vorrichtung 38 nicht aus den Sitzen 24 und 26 in den entspannten Zustand springen. Die Klinkensitze 24 und 26 und die Finger 32 und 34 verbinden zusammen das zylindrische rohrförmige Gehäuse 3o des Kernprobengerätes 1o fest mit dem Bohrstrang 12.

Das obere Ende der Vorrichtung 38 ist mit einem festen Zylinder 43 verbunden, der in das Gehäuse 3o eingepaßt ist und es am oberen Ende verschließt. Der Zylinder 43 und die Vorrichtung 38 gleiten frei im Gehäuse 3° aus der ersten Stellung in die zweite. Die Vorrichtung 38 besitzt einen rechteckigen Querschnitt über ihre Länge und läßt dadurch zwischen der Wand des zylindrischen Ge,hJUjses 3o und der Oberfläche der Vorrichtung 38 eine Flüssigkeit fließen. In der Seite des Gehäuses 3o befinden sich zwei Löcher 44 und 46, die vom Bohrstrang 12 Flüssigkeit durch das Kernprobengerät 1o fließen lassen. An der Vorrichtung 38 ist ein Ventilelement 48 befestigt, das sich mit der Vorrichtung 38 bewegt und so die Flüssigkeit in der

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ersten Stellung der Vorrichtung 38 blockiert oder in der zweiten Stellung fließen läßt* in der dargestellten läge befindet sich die Vorrichtung 38 in der ersten Stellung und das Ventilelement 48 "blockiert den Durchfluß der flüssigkeit, ' ; .

An der Außenseite des Gehäuses Jq befindet sich ein ringförmiger Dichtungsgummi« %> der ein Kernprobengeiät 1 ο mit einem größeren Durchmesser für- eine Flüssigkeitsdichtung mit der Wandung des Bohrstranges 12 ergibt. Die Einstellung der Größe des Durchmessers durch den Dichtungsgummi 5o kann mit dem Aufsatzring 28 unter dem Gummi $o und einer aufgeschraubten Dichtungsmutter 54 über den Dichtungsgiflnffii erfolgen* Der Gummi 5q wird zwischen die Dichtungsmutter 54 und den Aufsatzring 28 gequetscht und die Ausdehnung kann durch Einstellen der Dichtungsmutter 54 verändert werden* Der Aufsatzring 28 ergibt ferner einen Aufsetzvorsprung am Gerät 1o und ist mit dem Dichtungsgummi 5o gekuppelt. Die Dichtungsmutter 54 ergibt eine Polsterwirkung, wenn das Gerät 1o auf dem Vorsprung 22 am Bohrstrang aufliegt.

Zwei längliche Auslaufe 56 des Gehäuses 3o (je einer an ,jeder Seite der Vorrichtung 38) verbinden den oberen !Teil des Gerätes 1o mit einem Feder- und Spindelgehäuse 58> in dem eine längliche Spindel 6o gleiten kann* An der Spin« del 6o sind zwei Unterlegscheiben 62 und 64 befestigt» von denen die Scheibe 62 sich innerhalb des Gehäuses 58 befindet und di* Scheibe 64 außerhalb des Gehäuses 58. Im Gehäuse 58 befindet sich eine. Feder 66» die die Spindel umgibt und dadurch diese in ihre unterste Stellung drückt» Die Hublänge der Spindel 6o kann durch eine Sperrmutter $o eingestellt werden» daß sie an einen Gewindeteil der Spindel 6o angreift» Am unteren Teil der Spindel 6o ist ein ^ernprobenbehälter ?o /drehbar angebracht) dessen

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Drehung durch Lager 71 und 71' erleichtert; wird. Der Kernbehälter 7o dreht sich somit frei gegenüber dem rohrförmigen Gehäuse Jo und an ihm erzeugt ein Aufwärtsdruck eine nach oben gerichtete Bewegung der Spindel ^;&o^:, "die gegen die Kraft der Feder 66 wirkt.

Der Kernprobenbehälter 7<> befindet sich während der Itirnaufnahme neben dem Kernmeißel 14. Ein Loch 72 in oberen Ende des Behälters 7o läßt aus diesem Flüssigkeit austreten, wenn er mit der Länge der Kernprobe gefüllt ist. Der Behälter 7o wird beim Bohren zur Aufnahme dee Kerns von einem Stabilisierring 74- gehalten. Mit iem unteren Ende des Behälters 7o ist ein Kernheber 76 verbunden»* d*r*^Ui Halten der Kernprobe im Behälter während deevgeAaen PrO-benvorganges dient.

Die baulichen Einzelheiten eines Ausführungebeispiele eines Kernprobengerätes nach der Erfindung werden mit Hilfe der Figuren 1, 2 und 3 beschrieben. Das Gerät Io befindet sich im Außenende des sich drehenden Bohrstranges 12 und wird in die Kernaufnahmelage neben dem Kerameißel 14 ge· bracht. Der Dichtungsgummi 5o ergibt eine Flüssigkeitsdichtung zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 3o und dem Inneren des Bohrstranges 12. Die Löcher 44 und 4€ sind durch das Ventilelement 48 gesperrt» wenn sich die Betätigungsvorrichtung 38 in der eisten Stellung befindet, _t in der die Klinkenfinger 32 und 34 entspannt sind. Das Gerät 1o kann durch den an ihr wirkenden Flüssigkeitsdruck in die Kernaufnahmelage gepumpt werden und eich vom äußeren Ende des Stranges 12 zu dessen inneren Knde bewegen. Der Gummi *>o dient als Polster zum Absorbieren von Stößen, wenn es auf den Vorsprung #2 aufsetzt. Da der Aufsetzring 26 nicht am Gehäuse 3o befestigt ist, wird . der Stoß vom Gerät 1o, das den Aufsetzvorsprung 22 streift, auf die Gummidichtung 30 übertragen.

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Beim Aufsetzen des Gerätes 1o auf dem Vorsprung 22 befindet sich die Vorrichtung Io, wie Figur 1 zeigt, in der ersten Stellung und die Finger 32 und 34 öind entspannt, wobei sich die Klinkenelemente 39 und 4o in den Ausschnitten 41 und 42 befinden und von der Yiandung des Bohrstrangs 12 mit Abstand gehalten sind. Da das Gerät die Flüssigkeitsströmung durch den Bohrstrang vollständig sperrt, wobei die Vorrichtung 38 sich In der ersten Stellung befindet, und das Ventil 48 die Löcher 44 und 46 sperrt, bewirkt das Pumpen, nachdem sich das Gerät 1o in der Kernaufnähmesteilung aufgesetzt hat, einen schnellen Druckaufbau im Bohrstrang. Dieser zeigt dem personal an, daß das Gerät 1c sich neben dein Meißel 14 befindet. Der Flüssigkeitsdruck steigt weiter an, bis eine ausreichende Kraft an die freigelegten Teile des Zylinders 43 und die Vorrichtung 38 angelegt ist, die die Vorrichtung 38 nach unten drückt und den Widerstand der Klinkenfinger 32 und 34 überwindet. 7/enn der notwendige Druck erreicht ist, bringt die Kraft an der Vorrichtung 38 die Klinkenelemente 39 und 4o nach außen in die Klinkensitze 24 und 26 und biegt und beansprucht dadurch die Finger 32. und 3^· Der Flüssigkeitsdruck, d.h. die Kraft am Zylinder 32 und 34, ist eine Funktion der Neigung der Vorrichtungsfläche, die an die Finger angreift, und der Materialstärke. Die Klinkenfinrer 32 und 34 werden nicht über ihre Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht oder gebogen und federn in ihre entspannte Lage zurück, wenn die Vorrichtung 38 In die erste Stellung zurückgeführt Ist. In der zweiten Stellung der Vorrichtung 38, die in Figur 2 gezeigt wird, befinden eich die Klinkenelemente 39 "und. 4o in den Sitzen 24 und "26 und das Ventilelement 48 hat sich aus den Löchern 44 und 46 wegbewegt \ind läßt dadurch die Flüssigkeit im Bohrstrang 12 durch das Gerät 1o zirkulieren. ' Der Druck der Flüssigkeit ¹Im Bohrstrang fällt ab. Das Personal bemerkt "die Druckabnahme" 'tind'-iörkennt, daß es

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Zeit ist, mit dem Bohren des Kerns zu beginnen. Die Kernprobenanlage nach der Erfindung liefert deshalb ein Drucksignal, das das Einklinken des Gerätes anzeigt. Wenn die Elemente 39 und 4o nicht richtig einklinken, steigt der Druck über einen bestimmten Wert hinaus an und das Personal weiß, daß das Gerät 1o noch nicht richtig eingeklinkt ist und nicht richtig arbeiten kann. Beim in der Kernaufnahmestellung neben dem Kernmeißel blockierten Gerät 1o kann die Kernaufnahme erfolgen, wie Figur 2 zeigt. Der Bohrstrang 12 dreht sich und eine Länge eines Kerns beginnt sich durch die Mittelöffnung 18 des Kernmeißels 14 und in den Behälter 7© auszubilden. Die Flüssigkeit im Behälter 7o wird nach oben gedrückt und tritt aus dem Loch 72 in den Bohrstrang 12 aus. Die Bohrflüssigkeit zirkuliert während der Kernbildung durch den Bohrstrang ^Λ2 und das Gerät 1o, kühlt den Meißel 14 und spült Bohrahfälle und Schutt aus dem Bohrloch aus. Die Klinkenelemente 39 und 4o sind in den Klinkensitzen 24 und 26 gesperrt und der Behälter 7o wird fest in der Kernaufnahmestellung gehalten.

Bei vollständig mit einer Kernlänge aufgefülltem Behälter 7o wird eine nach oben wirkende Kraft an diese gelegt, die auf die Spindel 6o übertragen wird, wo sie nach oben wirkt, bis sie das untere Ende der Vorrichtung 38 berührt. Die Vorrichtung 38 bewegt sich wieder nach oben, bis das Ventilelement 48 sich wieder in der Sperrstellung für die Löcher 44 und 46 befindet. Dadurch wird verhindert, daß Flüssigkeit am Gerät 1o vorbeifließen kann, und ein Drucksignal zum Personal übertragen. Da die Vorrichtung 38 in die erste Stellung zurückgeführt worden ist, kommen die Klinkenelemente 39 und 4o aus den Klinkensitzen 24 und 26 und in die Einschnitte 41 und 42 in der Vorrichtung 38 (Figur 3). Wenn die Finger 32 und 34 entspannt sind, ist das Kernprobengerät 1o zum Transport

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durch den Bohrstrang 12 bereit. Die Länge des Kerns wird aus der Formation herausgebrochen, indem der Bohrstrang ein kleines Stück im Bohrloch angehoben wird. Der Kernheber 76 und das Kernhebergehäuse ergreifen die Länge des Kerns und bewegen sich zum Bohrstrang, bis sie ihn am Kernmeißel 14 berühren. Dann wird eine nach oben wirkende Kraft über den Bohrstrang 12 und den Kernheber 76 direkt auf die Länge des Kerns übertragen und diese von der Formation abgebrochen. Das Kernprobengerät 1o ist somit automatisch aus der Kernentnahmestellung ausgeklinkt worden, wenn die gewünschte Kernlänge aufgenommen worden ist. Das Ventilelement 48 ist in die Sperrstellung für die Löcher 44 und 46 gebracht worden, die Kernlänge ist von der Formation abgebrochen und das Gerät kann durch Umkehren des Flüssigkeitsumlaufs an das äußere Ende des Bohrstrangs gebracht werden. Abwärts durch den Ring zwischen der Außenseite des Bohrstrangs 12 und dem Bohrloch und aufwärts durch die öffnung 18 im Bohrmeißel 14 wird Flüssigkeit gepumpt, die durch die Mitte des Bohrstrangs 12 weiter fließt und am Kernprobengerät 1o wirkt. Das Gerät 1o wird dadurch entlang 'dem Bohrstrang 12 vom inneren Ende zum äußeren Ende bewegt. In nach oben gerichteten Löchern kann das Gerät 1o vom inneren Ende . des Bohrstrangs durch Abfließen der Flüssigkeit aus dem Strang hinunter zum Gerät 1o zum äußeren Ende transport tiert werden. Auch kann die Schwerkraft das Gerät 1o zum Außenende des Bohrstranges gelangen lasse.n.

Unter bestimmten Umständen ist es erwünscht, das Kernprobengerät durch einen Keilfänger oder eine Sucheinrichtung aufzufinden. In nach unten gerichteten Löchern kann es unter bestimmten Umständen erwünscht sein, den Umlauf der Bohrflüssigkeit umzukehren und das Gerät 1o an das äußere Ende des Bohrstranges zu pumpen. Das Umkehren des Umlaufs der Bohrflüssigkeit kann das Bohrloch aushöhlen

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und/oder die Bohrabfälle und den Schutt nach oben in das Innere des hohlen Bohrstranges drücken und dadurch bestimmte Elemente der Anlage beschädigen. Bestimmte Bohrvorgänge enthalten die große Gefahr, daß das Probengerät in den Bohrstrang gelangt, und es kann erwünscht sein, es auf andere 7/eise wie durch Pumpen aus dem Bohrstrang herauszuziehen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält ein Element am oberen Ende des Kernprobengerätes, um es mit einem Keilfänger oder einer Sucheinrichtung zu verbinden, wie Figur 4 zeigt. Das Gerät, das hier mit 78 bezeichnet ist, ist in einem hohlen rotierenden Bohrstrang 8o dargestellt, der einen KLinken- und Aufsetzabschnitt 82 mit einem Innenvorsprung 84 sowie zwei Klinkensitze 86 und 88 enthält.

Das obere Teil des Gerätes 73 besteht aus einem zylindrischen, rohrförmigen Gehäuse 9°» ^as ^von etwas kleinerem Durchmesser als das Innere des Bohrstranges 8o ist. Am Gehäuse 9o sind zwei Klinkenfinger 92 und 94 mit vier Schrauben 96, 96' und 97, 97' starr befestigt. Die Finger 92 und 94 bestehen aus biegsamem und elastischem Material, z.B. Federstahl. Eine bewegliche Betätigungsvorrichtung 98 befindet sich im Gehäuse 9o und kann gegenüber dem Gehäuse 9o gleiten. Die Vorrichtung 98 enthält zwei Einschnitte I00 und 1o2, die die Klinkenelemente 1o4 und I06 der Finger 92 und 94 aufnehmen. Die Länge der Einschnitte I00 und 1o2 ist länger als die der Klinkenelemente 1o4 und I06, so daß die Vorrichtung 98 gegenüber den Fingern 92 und 94 gleiten kann, wenn sich die Elemente 1o4 und I06 in den Einschnitten befinden. Die Bedeutung dieser Bewegung ist folgende: Die Vorrichtung und die Finger 92 und 94 wirken in derselben Weise wie die beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1, 2 und 3· Bei Abwärtsbewegung der Vorrichtung 98 werden die Klinkenelemente 1o4 und I06 nach außen in die Klinkensitze

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86 und 88 gebracht. Wenn sich die Elemente 1o4 und 1o6 in den Sitzen 86 und 88 "befinden, werden die Finger beansprucht und können durch die Vorrichtung 98 nicht aus den Sitzen 86 und 88 gebracht werden. Die Sitze 86 und 88 und die Finger 92 und 94 verbinden zusammen das zylindrische Gehäuse des Gerätes 7o während des Kernaufnahmevorganges fbst mit dem Bohrstrang.

Das obere Ende der Vorrichtung 98 ist mit einem festen Zylinder 1o8 verbunden, der in das Gehäuse 9o eingepaßt ist und dessen oberes Ende verschließt. Der Zylinder 1o8 und die Vorrichtung 98 gleiten frei in dem Gehäuse 9o. Die Vorrichtung 98 besitzt einen rechteckigen Querschnitt über seiner ganzen Länge und ergibt dadurch einen Flüssigkeitsdurchgang zwischen der Wandung des Gehäuses 9o und der Oberfläche der Vorrichtung 98, In der Seite des Gehäuses 9o befinden sich zwei Löcher 11ο und 112, die Flüssigkeit aus dem Bohrstrang 8o durch das Kernprobengerät 78 fließen lassen. An der Vorrichtung 1o8 ist ein Ventilelement 114 befestigt, das sich mit der Vorrichtung 1o8 bewegt, um entweder einen Durchgang durch die Löcher 11o und 112 zu verschließen oder sie zu öffnen. Wenn die Vorrichtung 98 in ihre unterste Lage gebracht wird, befindet sich das Ventilelement 114 in einer Stellung, in der es die Löcher 11o und 112 sperrt und die Klinkenelemente 1o4 und 1o6 nach außen in die Sitze 86 und 88 und aus den Einschnitten 1oo und 1o2 gedruckt werden. Bei Aufwärtsbewegung der Vorrichtung 98 springen die Klinkenelemente 1o4 und 1o6 in den oberen Teil der Einschnitte 1oo und 1o2 zurück. In dieser Stellung der Vorrichtung befindet sich das Ventilelement 114 noch in der Sperrstellung für die Löcher 11o und 112. Um die Vorrichtung 98 liegt eine Feder 116 mit ihrem oberen Ende am Boden des Gehäuses 9o an und ihr unteres Ende ist durch zw.ei Stifte 118 und 12ο mit der Vorrichtung 98 verbunden.

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Die Feder 116 drückt die Vorrichtung 98 zum Gehäuse 9o, so daß die Klinkenelemente 1o4 und 1o6 im oberen Teil der Einschnitte 1oo und 1o2 und das Ventilelement 114 in der Sperrstellung für die Löcher 11o und 112 bleiben. Dadurch kann das Gerät 78 durch den Bohrstrang 8o in jede Richtung gepumpt werden. Die Vorrichtung 98 kann gegen die Kraft der Feder bewegt werden, wodurch die Klinkenelemente 1o4 und 1o6 zum unteren Teil der Einschnitte 1oo und 1o2 gleiten und das Ventil 114- sich nach oben über die Löcher 11o und 112 und somit den Flüssigkeitsdurchgang durch das Gerät 78 öffnen kann.

An der Außenseite des Gehäuses 9o befindet sich ein ringförmiger Dichtungsgummi 122, der das Gerät 78 mit einem größeren Durchmesser versieht und so mit der Wandung des Bohrstrangs 8o eine Flüssigkeitsdichtung ergibt. Die Einstellung der Größe des durch den Dichtungsgummi vergrößerten Durchmessers kann durch einen Unterlegring 12^- unter den Dichtungsgummi 122 und eine Dichtungsmutter 126 über diesem erfolgen. Der Dichtungsgummi 122 wird zwischen die Dichtungsnut 126 und den Unterlegring gequetscht und die Ausdehnung kann durch Einstellen der Mutter 126 erfolgen. Der Unterlegring 124 ergibt einen Aufsetzvorsprung am Gerät 78 und ist mit dem Dichtungsgummi 122 gekuppelt. Die Dichtungpmutter ergibt eine rolsterwirkung, wenn das Gerät auf dem Innenvorsprung 74 am Bohrstrang aufsetzt.

Zwei lüng] i.ehe Ausläuft 128 des Gehäuses 9o (je einer an jeder Ceite der Vorrichtung 98) verbinden den oberen Teil des Kernbehälters 78 mit einer Feder und eineia 3pinde] gehäuse 13o. Die Feder un.i das Gpindelgehäuse sind vcn gleicher Bauart wie die Fe^er und dac Gpinle] reh"u^e in den Figuren ^Λ » 2 und 3. Eine irr, Feder- und Cp in de¹, .gehäuse 130 befindliche Gpinde] Vy^ verbindet den oberen

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Teil des Gerätes 73 nit einem (nicht dargestellten) Kernprobenbehälter, der in derselben Weise aufgebaut ist wie der in Figur 1 und sich um die Grindel 132 drehen kann. ^T.7enn der Kernbehälter eine gewünschte Länge einer Kernprobe aufgenommen hat, beginnt er sich gegen das Gehäuse 9o nach oben zu bewegen, wodurch die Spindel 132 gegen die Kraft der Feder 134 drückt. Das obere Ende der Spindel 132 berührt das untere Ende der Vorrichtung 98 und bewegt die Vorrichtung 98 nach oben, wodurch die Klinken elemente 1o4 und I06 der Finger 92 und 94 in die Einschnitte I00 und 1o2 zurückspringen können. Das Ventilelement 114 hat sich inzwischen in die.Sperrstellung für die Löcher 11ο und 112 bewegt. Die Feder 116 hält das Ventilelement 114· in dieser Sperr stellung, wodurch das Gerät 78 an das äußere Ende des Bohrstranges gepumpt werden kann. Wenn das Gerät durch ein Drahtseil zurückgeholt werden soll, kann eine Sucheinrichtung 136 in die Stellung gebracht werden, in der sie ein Greifelement 138 erfassen, das mit dem am oberen Ende der Vorrichtung 98 befestigten Zylinder I08 verbunden ist.

Die Sucheinrichtung 136 ist mit einem (nicht dargestellten) Kabel verbunden und kann durch den Bohrstrang 80 hindurch transportiert werden. Um den Körper der Sucheinrichtung 136 ist eine Ringdichtung 14o gelegt, die durch ein bewegliches Element am Sucheinrichtungskörper 136 in eine dichtende Lage gebracht wird. Die Ringdichtung 14o ergibt eine Flüssigkeitsdichtung mit dem Bohrstrang 80 und die Sucheinrichtung 136 kann in Kontakt mit dem Kernpx'obengerät 78 gepumpt werden. Wenn die Einrichtung 136 nach oben gezogen wird, bewegt sich das bewegliche Element 142 gegen den Körper 136 der Sucheinrichtung und die Ringdichtung 136 zieht sich zusammen und läßt die Flüssigkeit an der Einrichtung 136 vorbeilaufen. Am unteren Ende der Sixcheinrichtung 136 befindet

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sich eine Klinkenscheibe 144, die von einer Feder 1-Ί6 nach unten gedrückt wird. Ein Stift 148 hält eine Seite der Klinkenscheibe 144 gegen die nach unten gerichtete Kraft der Feder 146. Das Greifelement 138 bewegt sich durch die Mittelöffnung der Klinkenscheibe 144 hindurch, wenn diese an dem Greifelement abgeschrägt ist, und greifen zwischen der Sucheinrichtung 136 und den Gerät 78 fest ineinander. Das Kernprobengerät 78 kann dann durch das (nicht dargestellte) Kabel nach oben gezogen werden. Das Heraufziehen am Kabel wird über die "Einrichtung 136, das Greifelement 138 und den Zylinder 1o8 auf die Vorrichtung 98 übertragen. Dadurch kann eich die Vorrichtung 08 gegen die Kraft der Feder 116 nach oben bewegen und die Greifeleraente 1o4 und 1o5 gelangen an das untere Teil der Einschnitte 1oo und 1o2. Das Ventilelement 114 gelangt über die Locher 11o und 112 nach oben und bildet so einen Durchgang durch das Gerät 70 und läßt die im Bohrstrang 8o stehende Flüssigkeit an der Sucheinrichtung 136 und dem Kernprobengerät 78 vorbeifließen.

Zusammenfassung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernbehälteranlage mit einem Kernprobengerät, das in Aufwärts- oder in Ahxärtslöchern verwendet werden kann» Das Gerät wird durch den hohlen Bohrstrang gepumpt, bis ein Kernbehälter im Gerät eine nahe dem Kernmeißel gelegene Kernaufnähmestellung erreicht, worauf ein Signal erzeugt v;ird, das anzeigt, daß sich das Gerät in der richtigen Lage befindet. Zwei biegsame und elastische Klinkenfinger kommen automatisch in Klinkensitze im Bohrstrang und Bohrflüssigkeit kann am Probengerät zum Meißel zum Bohren

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Claims

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Bi-71-9

DRESSER INDUSTRIAL PRODUCTS, LTD., Vaneouver/Kanada

Patentansprüche

1. Anlage zum Erhalten einer Kernprobe mit einem Pohrctrang, der in ein bohrloch verläuft, einem Bohrmeißel, der mit dem Bohrstrang verbunden ist, und einem Klinkensitz im Bohrstrang, einem Proben: orät, einem'Kernprobenbehälter, der mit dem Gerät verbunden ict, gekennzeichnet durch eine vom Gerät (1o, 78) getragene Klinkeneinrichtung zum einzelnen Verbinden des Gerätes mit-dem Bohrstrang (12, 8o), die ein bewegliches Klinkenelement (39, Ao) enthält, das sich in den Klinkensitz (24, 26) oder aus ihm bewegt, durch eine Klinkenbetätigungseinrichtung (33, 93), die vom Gerät (1o, 78) getragen wird und das Klinkenelement (39, Ao; Io4, 1o6) in den Klinkensitz (2A, 26; 86, 88) bringt, und durch eine mit den Probenbehälter verbundene Einrichtung (1o, 78), die die Klinkenbetätigungsvorrichtung (33, 98) betätigt und sie das iriinkenelement (39, Ao; 1o4, 1o6) aus seinem Klinkensitz (24, 26; 86, 88) bringt, wenn der Kernprobenbehälter die Kernprobe aufgenommen hat.

2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dichtung (5o, 122) am Gerät (1o, 78), die eine Flüssigkeitsdichtung zwischen dem Gerät und dem Bohrstrang (12, 8o) bildet, einen Flüssigkeitsdurchgang (A4, 46; 11o, 112) durch das Gerät (1o, 78) ermöglicht, in dem sich ein Ventilelement (48, 114) zum Sperren und öffnen dieses Durchganges befindet.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernprobengerät (1o, 7€.) in den Bohrstrang (12, 8o)

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eingepaßt ist und sich bis nahe an den Bohrmeißel (14) gebracht wird und in den Bohrstrang eingeklinkt werden kann, daß der mit dem Gerät (1o, 73) verbundene Behälter eine Länge eines Kerns aufnimmt, und daß bei gefülltem Kernbehälter.das Gerät (to, 78). vom Bohrstrang (12, So) getrennt wird und das Gerät (1o, 78), der Behälter und die Kernlängenprobe über äuen Bohrstrang, geleitet werden.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet,- daß beim Einklinken des Gerätes (1o, 78) eiii Signal erzeugt

wird. -.-■■"■ - ; ■■".■■■ . .". "

.5· Gerät nach Anspruch 3»dadurch gekennzeichnet, daß bei falschem Einklinken des Gerätes (1o, 78) an dem Bohrstrang (12, 8o) ein Signal erzeugt wird.

6. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung ein Signal erzeugt, das das erfolgte Füllen de» Behälters mit einer Kernlängenprobe anzeigt.

7· Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal eine Flüssigkeit durch das Kernprobengerät (to, 78) durchläßt, wenn der Behälter die Probe aufgenommen hat.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einklinken des Gerätes (io> 78) an den Bohrstrang (12» 8o) ein bewegliches Klinkenelement (39, 4a) enthalt, das in oder aus dem Klinkehsitz'(24,

26) gebracht wird. . '-. ","- · .. .

9· Anlage nach Anspruch 8 _t dadurch gekennzeichnet, daß bei mit einer Probe gefülltem Behälter eine Klinkenbetätigungsvorrichtung (33, 98) das Klinkenelement (39, 4oj 1o4, 1oG) aus dem Klinkensifcz bringt, wenn der Behälter mit einer Probe gefüllt ist.

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10. Gerät fur eine Anlage nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbehälter die Betätigungsvorrichtung (38, 98) betätigt und dadurch bewirkt, daß die Vorrichtung das Klinkenelement (39* 4o; 1o4, 1o6) in oder aus dem Klinkensitz (24, 26} 36, 88) bringt, wenn die Kernprobe sich im Behälter befindet,

11. Gerät nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gerät (1o, 78) und dem Bohrstrang (12_t 8o) eine Dichtung besteht und durch das Gerät (1a, 78) ein Durchgang besteht, durch den flüssigkeit fließt, uftd der ein Ventil (48, 114) zum Sperren und Freigeben des Durchgangs besitzt.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Probegerät (1o, 73) das Ventilelement (48, 114) bewegt, um den Flüssigkeitsdurchgang zu sperren, wenn das Gerät durch den Bohrstrang transportiert wird, und um ihn zu öffnen, wenn das Gerät mit dem Bohrstrang verbunden ist,

13· Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (1o, 73) mit einer Gucheinriehtung (136) verbunden ist und das Ventil (48, 114) sperrt, wenn das Gerät (1o, 78) aufgefunden worden ist.

14. Gerät nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Klinkeneinrichtung mindestens aus einem biegsamen und elastischen Klinkenfinger (32, 34; 92, 94) besteht, der am Gerät (1o, 78) befestigt ist und ein Klinkenelement (39i 4o; 1o4, 1o6) am Ende des Tingers besitzt und aus einer beweglichen Betätigungsvorrichtung (381 98) besteht, die den Finger verformt und dadurch das Klinkenelement in den Klinkensitr: bringt und ihn freigibt und dadurch das Klinkenelement aus dem Sitz gelangen läßt,

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15· .Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (48, 114) mit der BetHtigungsvorrichtung (33, 98) verbunden ist und dal? das Gerät (1o, 78) eine mit der beweglichen"Vorrichtung (38, 98) verbundene ;pAfjer besitzt, die die Verrichtung; und das Ventil in arbeitsstellung hält, in der das Ventil den Durchgang sperrt und das Gerät (1o, 78) durch Flüssigkeitsdruck durch den Bohrstrang hindurch transportiert.

16. Gerät nach Anspruch 1'5i dadurch gekennzeichnet, da£ eine mit dem Gerät (1o, 78) verbundene Sucheinrichtung an der Betätigungsvorrichtung (38, 98) befestigt ist und das Ventil gegen die Feder die Vorrichtung und in eine Stellung bringt, in der es den Durchgang freigibt, wenn das Frobengerät (1o, 78) aufgefunden ist.

Dipl.- Ing. fc.ß. jdeissne?"

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