DE2263428A1

DE2263428A1 - Bohrgeraet, insbesondere zum tiefbohren

Info

Publication number: DE2263428A1
Application number: DE2263428A
Authority: DE
Inventors: Harold Thomas Klein
Original assignee: Robbins Co
Current assignee: Robbins Co
Priority date: 1971-12-27
Filing date: 1972-12-27
Publication date: 1973-07-12
Also published as: JPS4873301A; ZA728887B; JPS5550159B2; AU471058B2; ZM19472A1; DE2263428C2; SE403813B; AU4997772A; US3768579A; CA976951A

Description

Bohrgerät, insbesondere zum Tiefbohren

Die Erfindung betrifft aus mehreren Bobrabschnitten bestehende Bohrgestänge, welche durch Schraubbolzen und Schraubbuchsen miteinander verbunden sind. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Hilfsausrüstung, welche den Bohrkopf drehbar mit dem Bohrgestänge verbindet, wenn die obere ,Gestängeverbindung zwisehen den beiden Bauteilen zu lockern ist. In diesem Fall kann der Bohrkopf in entgegengesetzter Bichtung gedreht werden, um dergestalt den an ' ihn angeschraubten Rohrabschnitt so zu drehen, dass die untere Gestängeverbindung des Bohrabschnittes ohne Aufdrehen der oberen Gestängeverbindung gelockert bzw. "aufgebrochen" wird. Die Erfindung betrifft in gleicher V/eise verschiedene Halte- und Drehzangen als auch hülsenf o'rmige drehende und haltende Lockerungszangen,

1 -

309828/0379

Das bekannteste Verfahren zum Lockern von Gestangeverbindungen an Bohrgestängen kennzeichnet sich durch die Verwendung von Stangen oder manuell angelegter, tragfähiger und angetriebener Schlüsselgeräte, welche harten körperlichen. Einsatz erfordern. Die beschriebenen Geräte machen das Lockern der Kohrabschnitte darüberhinaus gefährlich und zeitaufwendig.

In der US-PS 3 239 016 sind ein Aufbrech- bzw- Zerlegeverfahrenund eine Vorrichtung beschrieben, welche sich weder Zangen noch manuell angelegter Antriebe bedienen. Stattdessen sind die Eohrabschnitte so aufgebaut, dass sie eine quadratische Verlängerung am Bolzenende und einen quadratischen Socksl komplementärer Innenform am Buchsenende aufweisen. Bei Verwendung wird der unterhalb des obersten Abschnittes befindliche Teil des Bohrgestänges sowohl gegenüber Dreh- als auch gegenüber Axialbewegung abgesichert. Der Bohrkopf wird in seinem Drehsinn umgekehrt, um eine willkürliche Lockerung entweder der oberen oder der unteren Gostangeverbindung am oberen Abschnitt vorzunehmen. Falls sich die untere Gestängeverbindung zuerst lockert, wird der obere Abschnitt gedreht, bis die Gewindegänge vollständig voneinander gelöst sind. Anschliessend werden der Bohrkopf und der daran angebrachte obere Rohrabschnitt angehoben, bis der quadratische Kopf der Verlängerung in den quadratischen Sockel des zweiten Abschnitte's eingepasst ist. Dann wird der Bohrkopf hinsichtlich seiner Drehrichtung wieder umgekehrt, um eine Lockerung und dann eine vollständige Lösung der Gestängeverbindung am oberen Ende des oberen Abschnittes vorzunehmen. Falls die obere Gestängeverbindung sich als erste lockert, dann wird der Bohrkopf in umgekehrter Richtung gefahren, bis die Gex-zindegänge dieser Gestängeverbindung vollständig gelöst sind. Daran anschliessend wird der Bohrkopf axial nach oben bewegt, um einen quadratischen nach unten stehenden Abschnitt einer axialen Verlängerung des Bohrkopfes in den quadratischen Sockel am oberen Ende

— 2 —
309828/0373

des oberen Rohrabschnittes einzuführen* Anschliessend wird der Bohrkopf so gedreht, dass die Gewindegänge der unteren Gestängeverbindung zuerst gelockert und dann anschliessend vollständig gelöst v/erden.

In den US-PS 3 463 24? und 3 554 298 der Anmelderin ist eine Anlage beschrieben, bei welcher der Bohrkopf mit einer Hilfszange versehen ist. Die Backen der Zange¹sind während Gebrauch radial ausserhalb gegenüberliegender Vertiefungen oder Flachteile im oberen Abschnitt der Bohrstange im Abstand vorgesehen. Einsatzelemente sind seitlich in die Zwischenräume z\d-schen den Vertiefungen bzw. I'lachteilen und den Backen eingeführt, um diese Zwischenräume vollständig zu füllen. Eine hufeisenförmige Haltezange oder dgl. wird verwendet, um den zweiten Rohrabschnitt an einem Haltetisch zu ergreifen. Das zum Aufbrechen dienende Drehmoment wird mit Hilfe der Backen auf die Einsatzelemente, auf die Vertiefungen und somit auf den oberen Rohrabschnitt übertragen, wenn der Bohrkopf entgegengesetzt gerichtet gefahren wird.

In der US-PS 3 446 284 ist eine Vorrichtung beschrieben, welche den Konstruktionen gemäss US-PS 3 463 247 und 3 554 298, gleicht, bei welcher der Bohrkopf jedoch mit einem äusseren und axial bewegbaren Hülsenkörper und mit einem Mechanismus ausgestattet ist, um ihn axial relativ zum Bohrkopf und zum Rahmen zu verschieben, welcher den Bohrkopf trägt. Ein Hilfsmechanismus dient dazu, ihn in Aufbrech-Richtung zu drehen. Die Hülse ist nach unten gerichtet in Eingriff mit einem Zangenkörper bewegbar, welcher an einer flächigen Vertiefung der Bohr^stange vorgesehen ist.

Die Bohrstange der Vorrichtung gemäss der Erfindung ist vergleichbar derjenigen, wie sie in den zuvor genannten US-PS 3 4G3 247 und 3 554 298 dargestellt ist. Derartige Bohrstangen woisc-ui einen Schraubzapfen an einem Ende und eine

309828/0379

Gewindebuchse am anderen Ende auf und sind lediglich an einem Ende mit einer zur Übertragung des Drehmomentes dienenden Hilfseinrichtung ausgestattet. Diese Einrichtung befindet sich axial innerhalb des an diesem Ende befindlichen Gestängeverbindungsteils.

Ein Nachteil bekannter durch den Bohrkopf getragener Aufbrech-Mechanisrnen ist darin zu sehen, dass sie alle eine Drehung des Bohrkopfes relativ zu den in der Oberfläche des Rohrs befindlichen Vertiefungen erfordern, bevor die Zangenflächen der Aufbrechzange in Eingriff mit den von den Ausnehmungen ausgenommenen Zangenkörpern gebracht werden können. Bei Vorrichtungen der in den beiden vorgenannten Patentschriften beschriebenen Art wird ein Zangenkorper seitlich in seine Position zwischen die Ausnehmungen und die Backen der Drehzange geschoben; die infolgedessen erforderlichen seitlichen öffnungen schwächen den Bohrkopf in seinem Aufbau und führen zu einer Zange, Vielehe das Drehmoment nur an entgegengesetzten Seiten der Bohrstange anlegen kann.

Der Aufbrech-Mechanismus gemäss der Erfindung kennzeichnet sich vor allem durch Aufbrech- und Haltezangen, welche Volle Kreise umschliessen und welche eine grosse Anzahl von Drehmoment übertragender Zähne aufweisen. Der erfindungsgjemässe Mechanismus weist ferner ein Paar bundförmigerZangenkörper auf, von welchen einer zum Ergreifen der Zangcnausiiehmungen am oberen Abschnitt der Bohretange dient, während der zweite zum Ergreifen der Halteausnehmungen des zweiten Abschnittes der Bohrstange dient. Am Umfang befindliche Zähne der Zangenkorper dienen zum Ergreifen der Zähne der Aufbrech- und Haitezangen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die buiidförmigen Zangenkorper mit Zangenflächen von V-Form versehen, so dass eine gewisse Drehung des Zangenkörpers bezüglich des von ihnen

_ Zj. -

309828/0379

umgebenen Rohrabschnittes erraöglicttist. Das Ausmass der Drehbewegung entspricht wenigstens der Winkerbreite eines ■ Zahnes, so dass immer ausreichende Drehbewegung des Zangenkörpers stattfinden kann, um die Zähne der Aufhrech- und Haltezange in die Zähne eines Zangenkörpers eingreifen zu lassen, ohne dass eine. Drehung des Bohrkopfes erforderlich wäre« Die grosse Anzahl der Zähne gewährleistet eine gleichförmige Verteilung der Drehkräfte an den Zangen und am Rohr. Der in Form eines Vollringes bestehende Aufbau der Zangen führt zu einem System,, welches dem Aufbau nach als gesund anzusehen ist»

Der kreisförmige Zangenkörper besitzt vier Zangenflächen,, welche an allen vier Zangenflächen des Rohres einwirken und damit die Last an jeder einzelnen Zangenfläche reduzieren.. Darüberhinaus besteht ein Vierpunkt-Druck (Rohrgewicht) zwischen dem Zangenkörper und dem Eohr bzw. der Bohrstange«

Gemäss der Erfindung weist der Bohrkopf des Mechanismus innere und äussere !Teile auf, welche mittels Keil-bzw» Zahnverbindung einander zugeordnet sind und sich miteinander drehen,' Jedoch eine gewisse Axialbewegung zueinander vollziehen können« Hach einer bevorzugten .Form ist der innere Körper so befestigt, dass er sich axial frei bezüglich des. Aussenkörpers bewegen kann. Der Aussenkörper ist axial bezüglich des- sich bewegenden Querrahmens und des von diesem getragenen Drehantriebes fixiert. Die Anordnung ermöglicht die Verwendung einer hydraulischen Hebe- und Senkvorrichtung für den sich bewegenden Querrahmen, um (1) den Aussenteil des Bohrkopfes relativ sum Innenteil und dem daran angebrachten Rohrabschnitt anzuheben, um darunter ausreichend Zwischenraum zum Einbau, der Aufbrech-Zangenkärper zn verschaffen j um (2) den Aussenteil des Bohrkopf©s abzusenken,: so dass dessen Zahns in die Zähne des Aufbreeh^Zaiigenk^rpers eingreifen;; um (3) die Bohrstange abzusenken, so dass der untere Halte-Zangenkörper in die Haltezange eingreift j um:

212 113

(4) die Bohrstange anzuheben, um den Halte-Zangenkörper von der Haltezange abzunehmen; und um (5) ein axiales Endspiel während des Einbaus bzw. während des Lösens der Eohrafeschnitte zu ermöglichen, wodurch der Derrick- Kran der Gewindesteigung nicht genau zu folgen hat.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer einen bewegbaren Bohrkopf aufweisenden Bohrmaschine mit einem Mechanismus gemäss der Erfindung;

Fig.'2 ist eine T.eilperspektivansicht eines oberen Abschnittes einer Bohrstange, welche zwischen Bohrkopf und einem zweiten Abschnitt des Bohrgestänges vorgesehen ist. In gelöster Einzelansicht ist einer eines Paars Zähne tragender hülsenförmigerZangenkörper dargestellt, von welchen einer als Haltezange am Arbeitstisch während des Aufbrechens und während der Aufbereitung des Bohrgestänges benatzt wird, während der andere Zangenkörper als Drehzange am Antriebskopf während gewisser Teile des Aufbrechvorgangs verwendet wird;

Pig. 3 ist eine Draufsicht auf einen der Zangenkörper;

Fig. 4 ist eine vergrösserte Teilansicht eines Teils des Halte-Zangenkörpers, welcher in die Zähne eines am Arbeitstisch befindlichen Halte-Zangeneinsatzes eingreift;

Fig. 5 is"fc eine teilweise geschnittene Seitenansicht der in Fig. 2 dargestellten Bauteile, ohne Wiedergabe der Zangenkörper. Das Bohrgestänge ist in Bohrlage· unmittelbar vor Beginn des Aufbrechens dargestellt;

- 6

3 0 98 2 8/03 79

Pig.6 ist eine der Fig. 5 vergleichbare Ansicht unter Darstellung des Halte-Zangenkörpers, welcher am zweiten Bohrabschnitt angreift und seinerseits durch den Halte-Zangeneinsatz am Arbeitstisch gehalten ist. Das obere Ende des oberen Rohrabschnittes ist vom Bohrkopf gelöst wiedergegeben;

Fig. 7 ist eine den Fig. 5 uad 6 vergleichbare Ansicht unter Darstellung eines losen Eingriffes der Schraubverbindung am Bohrkopf mit in Position befindlicher Aufbrechzange. Die Gewindeverbindung am unteren Ende des oberen Bohrabschnittes ist in gelöster Lage wiedergegeben^

Fig. 8 ist eine den Fig. 4-6 vergleichbare Ansicht, jedoch unter Wiedergabe einer Situation, in welcher bei entgegengesetzter Drehung des Bohrkopfes zum ^Zwecke des Lösens bzw. Aufbrechens des oberen Gewindeabschlusses-=der untere zuerst gelöst wurde. Der untere Gewindeanschluss ist zum Zwecke übersichtlicherer Darstellung in gelöster Position dargestellt;

Fig. 9 ist eine den Fig. 5-8 vergleichbare Ansicht unter Darstellung des oberen Abschnittes eines Bohrgestänges, welches in eine Position im Bereich der Haltezange am Arbeitstisch abgesenkt ist. Die Haltezange liegt an den Halteflächen des oberen Abschnittes an, während der Bohrkopf eine zum Lookern der oberen Gewindeverbindung bereite Lage eingenommen hat;

Fig. 10 ist eine Schnittansicht von Linie 10?10 in Fig. 7 unter Darstellung der Bohrstange im Bereich der die Drehzange aufnehmenden Flächen und der Drehzange in ihrer Position bei Verwendung;' und .

Fig. 11 ist eine vergrösserte Vertikalschnittansicht des Bohrkopfes. Die rechte Seite in dieser Ansicht stellt den

309828/0379

212 113

Gestängeverbindungskörper des Bohrkopfes in einer unteren Position dar, in welcher die Zangenflächen des Bohrkopfes unterhalb des Aufbrech-Zangenteils des Bohrkopfes angelegt sind. Der linke Teil von Fig. 11 stellt den Gestängy&rbindungskörper dar, nachdem sich dieser frei nach oben bewegt hat. Die am Umfang befindlichen Zähne der Drehzange von Hülsenform befinden sich im Eingriff mit den Zähnen der Drehzange.

Das in Fig. 1 dargestellte Bohrgerät 10 weist eine Basis 12 auf, welche fest auf einem Betonsockel 14 verankert werden kann. Der Betonsockel 14 seinerseits ist mit dem Boden 16 verbunden. Die Basis 12 zeigt nach oben stehende Führungssäulen 18 für einen bewegbaren Querrahmen 20. Der Querrahmen 20 weist Führungshülsen 22 (Fig. 1) auf, welche die Führungssäulen 18 umfassen. Hydraulische Linearantriebe bzw. Drucks"cempel 24 bewegen den Querrahmen 20 und die von ihm getragene Bohrausrüstung entlang der Führungssäulen 18 nach oben und nach unten. Die durch den Rahmen 20 getragene Bohrausrüstung weist eine Mobor- und Getriebeeinheit 26 , und einen Antriebs- oder Bohrkopf 28 auf. Die Motor- und Getriebeeinheit 26 kann den Bohrkopf 28 in beiden Eichtungen drehen.

Die Basis 12 weist einen Zangentisch 30 auf, dessen Funktion nachfolgend ausführlicher erläutert wird.

Gemäss Fig. 2, 5-9 und 11 weist der Bohrkopf 28 einen rohrförmigen Innenteil in Form einer Hülse 32 auf, welche innerhalb eines rohrförmigen Aussenteils y\- aufgenommen iet. Die Hülse 32 bildet einen Werkzeuganschluss und ist an ihrem unteren Ende *>6 mit einem Gewinde versehen. Die Hülse weist fernerhin einen im Durchmesser grösseren oberen Endteil 38 auf, welcher einen Ring mit Aussenksilen bzw. -nuten 40 trägt. Der Mittelteil 42 der Hülse ist in Form einer kugelförmigen, konvexen Tragfläche 44 ausgebildet. Der Aussenteil

309828/0379

34 des Bohrkopfes 28 ist an seinem oberen Teil 46 mit Innenkeilen bzw. -nuten 48 versehen, welche in die Keile 40 eingreifen. Ein unterer Teil 50 bildet einen konkaven Sitz 52 von Kugelform, welcher der Kurvenform der Tragfläche 44 angepasst ist. Eine drehbare Zange 44 ist im unteren Ende des Teils 34 angebracht. Die drehbare Zange 54 ist mit einer kreisförmig angeordneten Reihe von Zähnen 56 versehen, so in Form von Beradzähnen oder Keilzähneh.

Der Aussenteil 34 des Bohrkopfes 28 ist mit der Motor- und Getriebeeinheit 26 verbunden und wird durch diese direkt in Umdrehung versetzt. Der Teil J4 des Eohrkopfes ist ausserdem axial bezüglich des bewegbaren Querrahmens 20 fixiert. Jeder Einheit linearer Bewegung des Querrahmens 20 entspricht eine gleiche Bewegung des äusseren Teils 34 des Bohrkopfes. Wenn der Querrahmen 20 in seiner Position linear bezüglich des übrigen Teiles der Maschine fixiert ist, dann ist auch der Teil 34 des Bohrkopfes in seiner Position fixiert. Die Keile 40, 48 verbinden den inneren Teil 32 des Bohrkopfes mit dem äusseren Teil 34, so dass sie sich gemeinsam drehen. Das Rotations- bzw. Drehmoment wird dabei über die Keilbzw. Nutverbindung übertragen. Die Keile 40, 48 gestatten jedoch, dass sich der innere Teil 32 des Bohrkopfes frei bewegt, d. h. axial bezüglich des. äusseren Teils 34 und der Querrahmens 20 verlagert.

Während des Bohrbetriebes beschützt die Keilverbindung der kurzen Zähne 40 mit den langen Zähnen 48 die drehbare Bohrausrüstung gegenüber den Biegekräften, welche an der Bohrstange 5 anliegen. Die Keil- bzw. Zahnverbindung gestattet ausreichende Winkel abwe ic hung (ζ. B. plus und minus 3°) der Hülse 32 bezüglich der drehbaren Antriebswelle DS, so dass anstelle einer Biegung eine gewisse Winkelabweichung oder Deviation zwischen den Teilen 32 und DS stattfinden kann. Zunächst wird die Abweichung durch Verwendung einer Buchse (nicht dargestellt) am Tisch 30 zur Führung

30 9 8 28/0379

des Bohrs S verhindert. Bei fortschreitendem Bohren wird diese Abweichung durch die Führung des Bohrgestänges im Bohrloch verhindert. Die Schwenkbewegung an den Keilen bzw. Zähnen 40 und 48 findet unabhängig davon statt, ob die .Flächen 44, 52 zusammen liegen oder getrennt sind.

Der Werkzeuganschluss 36 dient zur Aufnahme eines komplementären, mit Gewinde versehenen Anschlusszapfens 58, welcher sich am oberen Ende einer Bohrstange 60 bzw. am anderen Ende eines anderes Bohr-Bauteils befindet. Axial unmittelbar innerhalb des Anschlusses 58 befindet sich eine erste ringförmige Schulter 62, welche an der unteren Endfläche des Anschlusses 36 des Bohrkopfes anliegt. Ein erster Satz von Zangenflächen 64 (z. B. ein Satz von vier quadratischen Flachteilen)ist axial im Abstand innerhalb der Schulter 62 vorgesehen. Eine zweite Schulter 66 ist axial innerhalb der Zangenflächen 64 ausgebildet. Ein zweiter Satz diesel* Zangenflächen 68 ist axial innerhalb der Schulter 66 vorgesehen. Wie nachfolgend ausführlich erläutert ist, werden die Flachteile bzw. Sangenflächen 64 und 68 durch einen bundförmigen Zangenkörper WM eng umgeben.

Die Keilverbindung 40, 48 ermöglicht ausreichende axiale Bewegung des inneren Teils 34 des Bohrkopfes, so dass die Zangenflächen 64 im Abstand unterhalb des Zangenkörpers 54 liegen, wenn sich der innere Teil 32 des Bohrkopfes auf dem äusseren Teil 34 abgesetzt hat. Wenn der innere, die Form einer Hülse besitzende Teil 32 mit einer Bohrstange 60 oder mit einem anderen Bohrkörper von Bohrform verbunden ist, und sich der äussere Teil 34 des Bohrkopfes bezüglich der Bohrstange 60 nach unten bewegt (so beispielsweise unter Verwendung des Motors 24 zum Zwecke des Absinkens des Querrahmens 20), dann gestatten die Keile oder Zähne 40, 48 dem inneren Körper 32*sich ausreichend frei nach oben zu bewegen, um die am Um fang befindlichen Zähne 76 des bund-för-

- 10 -

309828/0370

212 113 .·

migen Zangenkörpers WM in die Zähne 56 der Zange Bohrkopfes (I¹Ig. 7 und 11) eingreifen zu lassen.

Gemäss Fig. 3 und 10 ist der bund- bzw. hülsenförmige Zangenkörper UM geeignet, die Bohrstange 60 im Bereich, der Zangenflächen 64- und 68 eng zu umfassen. i)er Zangenkörper WM weist innere Zangenflächen auf, welche so ausgebildet sind, dass sie sich an die Zangenflächen 64 und 68 anlegen und einen Drehmoment übertragen. In der dargestellten Ausführungsform weist der Zangenkörper WM ,vier im wesentlichen quadratisch ausgebildete Zangenflächen 71 auf. Der dargestellte Zangenkörper WM ist von zweiteiliger Konstruktion; die beiden Teile 70 und 72 sind bei 74- seharnierartig miteinander verbunden. Mehrere Keile oder Zähne 76 sind am Aussenumfang des Zangenkörpers WM ausgebildet und können mit Zähnen 56 der drehbaren Zange am unteren Ende des Bohrkopfaussenteils J4 in Eingriff gelangen, wenn der Zangenkörper WM als ein Bund in einer den Bereich 64 oder 68 der Bohrstange 60 umgebenden Lage angeordnet bzw. eingebaut wird.

In der dargestellten Ausführungsform sind die Zangenflächen 64 flächeneben ausgebildet, während die Zangenflächen 71 etwas V-förmig geformt sind. Jede Fläche 71 weist demnach zwei ebene Hälften 78 auf, welche sich in einem radial inneren Scheitel 80 treffen. Die Auslenkung (beispielsweise etwa 10°) jeder Fläche 78 bezüglich der anderen Fläche 78 ermöglicht eine gewisse Drehung des Spann- baw. Zangenkörpers WM bezüglich der Bohrstange 60, bevor die Berührungsfläche gegenüber Fläche zwischen einem Satz der Flächenhälften 78 des Zangenkörpers und den Flächen 64 der Bohrstange besteht. Das Ausmass der am Umfang bestehenden Einstellung des Zangenkörpers WM bezüglich der Bohrstange 60 entspricht etwa wenigstens der Breite am Umfang eines Zahnes 56 bzw. 76. Infolge dieser Zuordnung kann die Bedienungsperson den Zangenkörper WM etwa im Bereich 64 der Bohrstange

- 11 -

309828/0379

212 113 in

60 anordnen und ihn bei Bedarf in Umfangsrichtung um eine Zahnbreite drehen, um die Zähne 76 in ihre Position in Eingriff mit den Zähnen 56 zu bringen. Dies geschieht, ohne dass eine Drehung des Bohrkopfes 28 erforderlich wärt.

Der Dreh- bzw. Arbeitstisch 30 umfasst einen ringförmigen Zangeneinsatz ZW, der einen im wesentlichen radial nach innen gerichteten Satz von Keilen bzw. Zähnen'82 aufweist. Die Zähne 82 sind in ihrer Grosse und in ihren Schnitt vergleichbar mit den Zähnen 56, so dass der Zahneinsatz HW auch die Zähne 76 des Zangenkörpers WK aufnehmen und mit diesen in Eingriff gelangen kann, falls die Bohrstange mit der Mittellinie des Bohrgerätes nicht genau fluchtet.

Während des Bohrbetriebes sei angenommen, dass sich der Querrahmen 20 und der von ihm getragene Bohrkopf 28 entlang der Führungssäulen 18 nach oben bewegen und dass das Bohrgestänge S aus dem Bohrloch DH herausgezogen wird. Wenn, sich der obere oder erste Rohrabschnitt 60 vollständig oberhalb des Bohrtisches 30 befindet und die Zangenflächen 68 dieses Eohrabschnittes am Tisch 30 in einer Position sind, in welcher sie einen Zangenkörper WM aufnehmen, dann wird die axiale Bewegung des Rahmens 20 angehalten. Der Zangenkörper WM wird daraufhin in seine Position gebracht, d. h. in einer die Zangenflächen 68 des zweiten Rohrabschnittes 60 umgebenden Lage. Der Rahmen 20 wird nunmehr hydraulisch nach unten bewegt (mit Hilfe der Druckstempel 24), um die Zähne 76 des Zangenkörpers WM mit den Zähnen 82 des Zangeneinsatzes HW in Eingriff gelangen zu lassen. Die axialen Einführungen der Zähne 82 sind abgefast, so dass die Zähne 76 mit den Zähnen 82 kämmen. Die Einführung der beiden Sätze von Zähnen führt zu einer Drehung des Rohrabschnittes bzw. der Bohrstange, welche etwa einem halben Zahn entspricht. Diese Drehung kann in beiden Richtungen stattfinden . Das hemmende Eingreifen bewirkt eine geringe Drehbewegung des

- 12 -

309828/0379

Zangenkörpers WM während hydraulischer Bewegung des Zangenkörpers 54- oder des Zangenkörpers WM innerhalb der Grenzen, welche durch die V-förmigen Zangenflächen 78 vorgegeben sind. Diese Drehung findet statt,falls sie erforderlich ist, um den Zahneingriff stattfinden zu lassen.

Der Bohrkopf 28 wird umgekehrt, d. h. in einer die Anschlussverbindung lösenden Drehung, um einen der Anschlüsse an den entgegengesetzten Enden der oberen Rohrstange 60 zu lösen. Fig. 6 stellt eine Situation dar, in welcher zuerst die obere Anschlussverbindung gelöst wurde. Zum Zwecke übersichtlicher Darstellung sind die beiden oberen Gestängeverbindungsteile voneinander getrennt. In der Praxis besteht jedoch keine.vollständige Trennung, sondern nur eine Lockerung der Gewindegänge. Fig. 8 lässt erkennen, dass die unteren Gestängeverbindungsteile zuerst gelockert wurden· in der Darstellung sind die unteren Anschluss- bzw. Verbindungsteile vollständig voneinander getrennt. Auch in diesem Fall findet in der Praxis keine vollständige Trennung dar. Es sei angenommen, dass die willkürliche Lockerung der Gewinde· dazu geführt hat, dass sich die obere Gestängeverbindung zuerst lockert. Die Gewindegänge sind nicht vollständig voneinander getrennt, sondern werden locker miteinander in-Verbindung gehalten. Ein drehbarer Zangenkörper WM wird am Zangenbereich des oberen Rohrabschnittes angesetzt, so dass sich die Zangenflächen 21 innerhalb der Ausnehmungen 64-befinden. Der bewegbare Querrahmen 20 wird anschliessend abgesenkt (durch Druckstempel 24·), bis die Zähne 56 an der Zange des Bohrkopfes in die Zähne 76 des Zangenkörpers eingreifen. Auch in diesem Fall ist der Eintritt der beiden Sätze von Zähnen 56, 76 abgefast bzw. abgeschrägt, wodurch eine geringe Nocken- oder Steuerwirkung einschliesslich einer gewissen Drehung des Zangenkörpers WM, falls erforderlich, stattfindet, um die Zähne $6 in die Zähne 76 eingreifen zu lassen. Nachdem dieser Vorgang abgeschlossen ist, wird der Bohrkopf 28 wiederum in einer das Gewinde lösenden Richtung

- 13 309828/0379

angetrieben. Der Teil der Bohrstange S unterhalb des unteren Abschnittes 60 wird nach wie vor durch den Zangeneinsatz HW mit Hilfe des unteren Zangenkörpers WM gehalten. Der Zangenkörper 54 des Bohrkopfes überträgt jedoch nunmehr mit Hilfe des oberen Zangenkörpers WM ein Drehmoment vom Bohrkopf 28 auf den oberen Bohrabschnitt 60. Dieses Anlegen von Drehmoment führt zu einer Lockerung bzw. zu einem Lösen der Gewindegänge an der unteren Gestängeverbindung. Wenn die Gestängeverbindung! an den beiden Enden des oberen Rohrab-Bchnittes 60 gelockert bzw. gelöst sind, kann man den oberen Rohrabschnitt 60 leicht abschrauben und vom Rohrgestänge S abnehmen. Nachdem dies vollzogen ist, wird der Bohrkopf 28 abgesenkt und mit dem nächsten Rohrabschnitt 60 verbunden. Dabei wird seine Buchse bzw. Hülse lose auf den nach oben stehenden Zapfen des nächsten Rohrabschnittes 44 aufgeschraubt. Der Bohrkopf 28 wird nunmehr angehoben, wobei das Gewicht des Bohrgestänges S durch die lose im Eingriff befindlichen Gewindegänge der Gestängeverbindung getragen wird. Diese nach oben gerichtete Bewegung des Bohrkopfes hält an, bis der nächste Rohrabschnitt vollständig oberhalb des Bohrtisches 50 liegt und in vorangehend beschriebener Weise gelöst und abgenommen werden kann. Die beiden Zangenkörper WM werden in ihrer Position eingeführt gehalten. Der untere wird in den Zangeneinsatz HW (mit Hilfe der Druckstempel 24) abgesenkt, während der Bohrkopf 28 nach unten gefahren wird, bis die Zange 56 am oberen Zangenkörper WM (gleichzeitig durch Bewegung der Druckstempel 24) anliegt. Anschliessend wird der Bohrkopf 28 in vorangehend beschriebener Weise in seiner Drehrichtung umgekehrt, um das Gewinde des Gestängeanschlusses nunmehr am Bohrtisch zu lösen. Dieses Verfahren wird mit allen nachfolgenden Abschnitten des Bohrgestänges S vorgenommen, bis alle Abschnitte des Gestänges aus dem Bohrloch DH entnommen sind.

Wenn bei beginnender Umkehr des Bohrkopfes 28 zunächst die

- 14

309828/0379

obere Gestängeverbindung gelockert werden soll, sich jedoch die untere Gestängeverbindung zuerst lockert, dann ist ein zusätzliches Verfahren erforderlich, um die Lockerung der Gestängeverbindung zwischen dem oberen Abschnitt und dem Antriebs- bzw. Bohrkopf 28 vorzunehmen. Dieses weitere Verfahren beinhaltet, dass die gelockerten unteren Bauteile der . Gestängeverbindung miteinander verbunden bleiben, so dass ihre Gewindegänge .. das Gewicht des Bohr ge stange s S tragen können. Anschliessend wird der Bohrkopf 28 mit daran befestigtem Bohrgestänge abgesenkt, bis sich die Flächen bzw. Vertiefungen 68 des oberen Bohrabschnittes 60 im Halteeinsatz am Tisch 30 befinden. Gemäss I¹Ig. 9 wird der Zangenkörper VIM wieder an den Vertiefungen bzw. Flächen 68 angelegt, während die Anordnung (mit Hilfe von Druckstempeln 24) abgesenkt wird, um' sie in den Zangeneinsatz HW gelangen zu lassen. Die Zangenbauteile WM und HW dienen also dazu, sowohl das Gewicht des Bohrgestänges S innerhalb des Bohrloches zu tragen und dessen Drehung zu verhingern. Der abgesenkte Bohrkopf 28 wird daraufhin in einer die Gestängeverbindung lösenden Sichtung gedreht, bis die Verbindung zum oberen Bohrabschnitt 60 gelockert ist. Wenn dies der Fall ist, werden die Verbindungkeüe in loser Verbindung gehalten, so dass die Gewindegänge das Gewicht des Bohrgestänges S tragen können. Der Bohrkopf 28 wird angehoben, um den oberen Eohrabschnitt 60 in eine zur Entnahme geeignete Position zu bringen. Der haltende Zangenkörper WIi wird nunmehr am zweiten Rohrabschnitt 60 angelegt; der erste Eohrabschnitt 60, dessen beide Gestangeverbindungen gelockert sind, können folgedessen leicht vom zweiten Eohrabschnitt 60'und vom Bohrkopf 28 getrennt und vom Bohrgestänge S abgenommen werden.

Es ist offensichtlich, dass der Aufbau und die Konstruktion der das Drehmoment übertragenden Hilfsvorrichtung, der die Drehzange aufnehmenden Vertiefungen und der die Hadtezange aufnehmenden Vertiefungen gegenüber der Darstellung und

- 15 -309828/0379

gegenüber der Beschreibung Weiterbildungen aufweisen können» Obwohl der Bohrkopf 28 gemäss Darstellung eine Schraubhülse als Gestängeverbindungsteil besitzt, kann es sich in einer Anzahl von Anwen dungs fäll en als erwünschenswert erweisen, den Bohrkopf mit einem zapfenförmigen Verbindungsteil auszustatten. In diesem Fall erstrecken sich die Enden der Hohrabschnitte als Buchsen bzw. Hülsen nach oben und nicht als Gewindezapfen gemäss Darstellung. Das Gerät gemäss der Erfindung ist verwendbar für Bohrausrüstungen, welche zum vertikal nach oben gerichteten Bohren, zum Horizontalbohren oder zum Schrägbohren benutzt sind. Die erfindungsgeaasse Vorrichtung ist in gleicher Weise zum vertikal nach unten gerichteten Bohren geeignet. Die Zangenkragen können gegenüber der Darstellung auch aus drei oder aus mehr Abschnitten bestehen.

- 16 309828/0379

Claims

113 j* 27. Dezember 1972 Patent ansprüche

1. Bohrgerät mit einem drehbaren Bohrkopf, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf {28) einen Innenteil (32) mit einem Schraub-Gestangeverbindungsteil (36) aufweist, ferner einen den Innen teil umgebenden Aussenteil (3²O > an welchem in Kreisform Zähne (56) vorgesehen sind, und eine Vorrichtung (40, 48), welche die Innen- und Aussenteile (32, 34) zum Zwecke gemeinsamer Drehung verbindet, jedoch eine relative Axialbewegung der Teile gestattet, dass ein Bohrstangenkörper (60) des Bohrgeräts mit einer komplemantären Schraub-Gestängeverbindung (58) an einem Ende versehen und in die Sc hraub-Ge stange verbindung (36) des Bohrkopfes einschraubbar ist, wobei sich äussere Z'angenflachen (64, 68) axial innerhalb der - Schraub-Gestängeverbindung (58) auf der Bohrstange befinden, dass ein Zangenkörper (WM) in einer die Bohrstange wenigstens teilweise umgebenden Lage an dieser festlegbar ist, wobei der Zangenkörper einen inneren Teil aufweist, welcher an den Zangenflächen (64, 68) der Bohrstange angreift, während der Aussenteil des Zangenkörpers ' Zähne aufweist, welche in die Zähne des Bohrkopfes eingreifen, dass die Innen- und Aussenteile des Bohrkopfes verbindende Vorrichtung ausreichende relative Axialbewegung zulässt, so dass- die Schraub-Gestängeverbindung des Bohrkopfes ausreichend axial nach aussen verlagerbar ist, um die Zangenflächen (64, 68) der Bohrstange dem Zangenkörper so zuzuordnen, dass dieser an ihnen befestigbar ist und dass die Schraub-Gestängeverbindung ausreichend axial nach innen verlagerbar ist, um die Zähne am Zangenkörp-er mit den Zähnen (56) des Aussenteils in Eingriff gelangen zu lassen, wodurch der Bohrkopf in einer Richtung drehbar ist, in welcher eine Lockerung der Schraub-Gestängeverbindung erzielt werden kann, während das Drehmoment vom Bohrkopf über die am Bohrkopf befindlichen Zähne auf

- 17 -

309828/0379

212 115 j_f

die am Zangenkörper befindlichen Zähne und vom Zangenkörper auf die Bohrstange übertragbar ist.

2. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen tragenden Rahmen (20) für den Bohrkopf (28) und eine Vorrichtung (24) aufweist, um den Rahmen während des Bohrens axial zu bewegen, dass der Aussenteil des Bohrkopfes in seiner Position axial bezüglich des Rahmens (20) fixiert ist, während der Innenteil (32) des Bohrkopf es im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und ein Aussenende aufiireist, welches die Schraub-Gestängeverbindung (36) trägt, während ein innenliegender Bereich des Innenteils (32) mit äusseren Keilen (40) versehen ist, und dass der Aussenteil (34) des Bohrkopfes entsprechende Keile (48) mit . dazwischenbefindlichen Zwischenräumen zur Aufnahme der Keile (40) des Innenteils aufweist.

3· Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenteil des Zangenkörpers (WM) so bemessen ist, dass dieser in lockeren Eingriff mit den Zangenflächen (64, 68) der Bohrstange gelangen kann, wenn er sich auf dieser befindet, und dass sich der Zangenkörper in TJmfangsrichtung um wenigstens die Umfangsbreite eines Zahnes des Bohrkopfes oder des Zangenkörpers drehen kann.

4. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne wenigstens des Bohrkopfes oder des Zangenkörpers an ihrer Einführung so geformt sind, dass bei relativer Axialbewegung der beiden Zähnesätze diese gesteuert in Eingriff gelangen, falls sie zuvor Fehlfluchtung aufwiesen.

5· Bohrgerät, dadurch gekennzeichnet, dass diesem eine Haltezange (HV) mit einer in der Mitte befindlichen Of f~

- 18 -

309828/0379

212 113 JA

nung und mit einer= kreisförmigen Seihe von wenigstens teilweise die öffnung umgebenden Zähnen zugeordnet ist, dass ein drehbarer Bohrkopf (28) mit seiner Schraub-Gestänge verbindung (36) an eine komplementäre Sehraub-Gestänge verbindung (58) einer Bohrstange (60) anschliessbar ist, dass sich die Bohrstange bei Verwendung durch die Öffnung der Haltezange (HW-) erstreckt und beträchtlich kleineren Durchmesser aufweist als diese,«dass die Bohrstange äussere Zangenflächen besitzt und dass ein Zangenkörper (VJM) in einer die Bohrstange wenigstens teilweise umgebenden Position an dieser anlegbar ist,, wobei ein Innenteil des Zangenkörpers an den Zangenflächen der Bohrstange angreift, während an einem Aussenteil des Zangenkörpers befindliche Zähne in Zähne des Zangeneinsatzes eingreifen können. -

6. Bohrgerät nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, dass der Innenteil des Zangenkörpers (WM) so bemessen ist, dass dieser in lockeren Eingriff mit den Zangenflächen (64, 68) der Bohrstange gelangen kann, wenn er sich auf dieser befindet, und dass sich der Zangenkörper in Umfangsrichtung um wenigstens die Umfangsbreite eines Zahnes des Bohrkopfes oder des Zangenkörpers drehen kann.

7- Bohrgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne wenigstens des Bohrkopfes oder des Zangenkörpers an ihrer Einführung so geformt sind, dass bei relativer Axialbewegung der beiden Zähnesätze diese gesteuert in Eingriff gelangen, falls sie zuvor Fehlfluchtung aufwiesen.

309828/03 79

to .

Leerseite