DE2903936A1

DE2903936A1 - Vorrichtung zur gewinnung von kernen

Info

Publication number: DE2903936A1
Application number: DE19792903936
Authority: DE
Inventors: Fritz Tibussek
Original assignee: Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
Current assignee: Mhwirth GmbH
Priority date: 1979-02-02
Filing date: 1979-02-02
Publication date: 1980-08-14
Also published as: SE8000717L; US4279315A; SE437539B; DE2903936C2

Description

PATENTA N WA LT

Dr.-Ing. GOTTHOLD KOSCHOLKE

DÜSSELDORF 11 (OBERKASSEL) RHEINALLEE 147 ■ TEL. 5 4810

DEUTSCHE BANK AG DÜSSELDORF BLZ 300 70010 - KONTO NR. 6440182 POSTSCHECKKONTO: KÖLN NR. 14007-809

31. Januar 1979 PWT 9819

Wirth Maschinen- und Bohrgeräte-Fabrik GmbH, in 5140 Erkelenz

Vorrichtung zur Gewinnung von Kernen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gewinnung von Kernen mit einem an ein Bohrgestänge anschließbaren oder durch einen Teil desselben gebildeten, am unteren Ende mit einer Bohrkrone od.dgl. ausrüstbaren oder versehenen Außenrohr, einem am unteren Ende mit einer Bohrkrone od.dgl. ausrüstbaren oder versehenen, einen Kernaufnahmeraum enthaltenden Innenrohr und mit einer durch eine Drehung des Außenrohres antreibbaren Schlageinrichtung mit einem Hammer und einem Amboß zur Erzeugung einer periodischen Axialbewegung des Innenrohres relativ zum Außenrohr.

Mit einer solchen Vorrichtung ist auch unter ungünstigen Bedingungen, beispielsweise bei weichen oder wechselnden Formationen eine zu brauchbaren Ergebnissen führende Gewinnung von Kernen oder entsprechenden Proben möglich.

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Eine bekannte Vorrichtung (DE-OS 1 634 490) weist am oberen Ende ein Gewinde auf, mittels dessen sie an die unterste Stange eines Bohrgestänges angeschraubt werden kann. Bei der Gewinnung eines Kernes muß das gesamte Gestänge gezogen werden, um den Kern über Tage aus der am unteren Gestängeende befindlichen Vorrichtung entnehmen zu können. Dies ist aufwendig und zeitraubend.

Ziel der Erfindung ist es, bestehende Nachteile und Unzulänglichkeiten zu überwinden und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der sich Kerne unter Anwendung einer Schlagwirkung gewinnen und dann aus der Vorrichtung entnehmen lassen, ohne daß es dazu erforderlich ist, den Bohrstrang zu ziehen. Der Antrieb der Schlageinrichtung soll ungeachtet dessen durch eine von oben her in den Bohrstrang eingeleitete Drehbewegung erfolgen können. Weitere damit zusammenhängende Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösung.

Die Erfindung sieht vor, daß das Innenrohr der Vorrichtung, die Schlageinrichtung derselben sowie ein zugeordneter Tragkörper eine mittels eines Zugorgans in Achsrichtung des Außenrohres durch dieses hindurch bewegbare Einheit bilden und daß ein mit einem Element der Schlageinrichtung auf drehende Mitnahme verbundener Teil dieser Einheit mit dem Außenrohr kuppelbar ist.

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Eine solche Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise ' die Gewinnung von Kernen unter Schlageinwirkung zu einem jeweils gewünschten Zeitpunkt, wobei der gewonnene Kern mit der ihn aufnehmenden Einheit nach oben gebracht und entnommen werden kann, ohne daß der Bohrstrang selbst gezogen bzw. das Bohrgestänge ausgebaut werden muß.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines Ausführungsbeispieles, aus der zugehörigen Zeichnung, in der eine erfindungsgemäße Vorrichtung teils im Längsschnitt dargestellt ist, sowie aus den Ansprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 den oberen, an ein Gestänge anzuschließenden Teil der Vorrichtung,

Fig. 2 als Fortsetzung von Fig. 1 den mittleren Teil der Vorrichtung,

Fig. 3 den unteren Teil der Vorrichtung und

Fig. 4 den oberen Teil der Vorrichtung in entkuppeltem Zustand.

Die Vorrichtung enthält ein mittels eines Gewindes 6 oder auf andere geeignete Weise an ein Bohrgestängerohr B anzuschließendes, aus mehreren miteinander verschraubten Teilen 2a, 2b, 2c bestehendes Außenrohr 2 mit einer Bohrkrone 3 an dessen unterem Ende. Im Inneren des Außenrohres

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befindet sich eine mit diesem sowohl auf drehende Mitnahme als auch in Achsrichtung kuppelbare, insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnete Einheit, die einen Tragkörper 11, eine Schlageinrichtung 12 sowie ein Innenrohr 4 enthält. Am unteren Ende des Innenrohres 4- befindet sich eine auswechselbare Bohrkrone 5. Die Bohrkrone bzw. das Innenrohr können auch mit sonstigen für die Gewinnung von Kernen geeigneten Elementen (z.B. Kernfänger, Kernfeder od.dgl.) versehen sein. Das·Innenrohr 4· schließt einen Aufnahmeraum für den zu gewinnenden Kern ein. Am oberen Ende des Tragkörpers 11 ist ein relativ zu diesem verschiebbares Kopfstück 1 angeordnet, das einen Hülsenteil 8 mit darin vorgesehenen Öffnungen 7 sowie einen Fangzapfen 9 aufweist. An dem letzteren kann eine am Ende eines Seiles oder sonstigen Zugorgans angebrachte Fangvorrichtung von an sich bekannter Art angreifen, derart, daß mittels dieser Fangvorrichtung sowohl das Kopfstück 1 relativ zum Tragkörper 11 verschoben werden als auch in dem in Fig. 4 gezeigten Zustand die gesamte Einheit 10 in axialer Richtung durch das Außenrohr 2 und das Bohrgestänge B hindurch aufwärts und abwärts bewegt werden kann. In Fig. 4 ist strichpunktiert einer von beispielsweise drei hakenartigen Fangarmen F einer Fangvorrichtung angedeutet. Die Fangvorrichtung kann im übrigen von bekannter Ausbildung sein, sofern sie die angegebene Funktion erfüllt. Sie läßt sich so ausbilden, daß sie innerhalb des Bohrgestänges mit dem Fangzapfen 9 kuppelbar und von diesem lösbar ist.

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In Nuten 14 einer mit dem Tragkörper 11 verbundenen hülsenförmigen Verlängerung 13 desselben ist ein mit entsprechenden Leisten 15 versehener Hammer 16 der Schlagexnrxchtung 12 undrehbar aber axial verschiebbar geführt. Mit seiner Oberseite stützt sich der Hammer 16 an einem Tellerfederpaket 17 ab, das über Distanzringe 18 oder auch unmittelbar an einem Absatz 19 des Tragkörpers 11 Anlage findet. Der Weg des Hammers 16 in Richtung auf den Tragkörper 11 ist durch eine Schulter 20 im Inneren des Hammers 16 und eine Anschlagfläche 21 am Tragkörper 11 begrenzt. Unterhalb des Hammers befindet sich ein Amboß 22, der auf einer Schulter eines Einsatzstückes 23 aufliegt und gegenüber diesem gegen Drehung gesichert ist. Wie in Fig. 2 an der betreffenden Stelle im Sinne einer Draufsicht gestrichelt angedeutet ist, hat der Amboß 22 zu diesem Zweck beispielsweise eine öffnung mit Sechskantquerschnitt, die auf einen Sechskantansatz 24 des Einsatzstückes 23 paßt. Der Hammer 16 weist an seiner Unterseite Vorsprünge 26 auf, denen am Amboß 2 2 eine gleiche Anzahl von Erhöhungen 25 mit jeweils von einer Seite her als schiefe Ebene ansteigenden und an einer Kante als Vertiefung senkrecht abfallenden Flächen zugeordnet ist. Die Anordnung ist derart, daß bei einer Drehung des Hammers 16 um die Mittelachse der Vorrichtung Schläge auf den Amboß 2 2 mit einer Frequenz ausgeübt werden, die sich aus der Drehzahl je Minute und der Anzahl der Vorsprünge 26 bzw. der Erhöhungen 25 mit zugehörigen Vertiefungen ergibt. Die Schlagzahl je Umdrehung kann beispielsweise im Bereich von drei bis sechs liegen. Die mit den Nuten 14 versehene hülsenförmige Ver-

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längerung 13 des Tragkörpers 11 überträgt die Drehung des Bohrgestänges B auf den Hammer 16.

Am unteren Ende der hülsenförmigen Verlängerung 13 ist ein Abschlußstück 27 mit einer Dichtungsanordnung 2 8 befestigt, wobei die Dichtungen auf der zylindrischen Außenseite des Einsatzstückes 23 gleiten können. Mit dem unteren Ende des letzteren ist ein Übergangskörper 2 9 verschraubt, an dem das Innenrohr 4 befestigt ist. Mit der Ziffer 30 ist ein Ausgleichsring bezeichnet. Der Übergangskörper 29 enthält ein Ventil 31, durch das beim Eintreten eines Kernes in den Raum des Innenrohres <+ verdrängte Spülung in den Ringraum zwischen der Einheit 10 und dem Außenrohr 2 entweichen kann.

Um den Tragkörper 11 wahlweise mit dem Außenrohr 2 zu kuppeln, können Kupplungselemente vorgesehen sein, die sowohl eine Kupplung in Drehridhtung als auch eine Festlegung in axialer Richtung bewirken. Bei der dargestellten vorteilhaften Ausführung sind jedoch getrennte Kupplungselemente für die beiden Funktionen vorhanden.

An mehreren, z.B. drei über den Umfang verteilten Stellen sind in Ausnehmungen 32 des Tragkörpers 11 Kupplungsklauen vorgesehen, und zwar in Form von jeweils um eine Achse 34 schwenkbaren Hebeln (Fig. 1). Diese stehen unter der Kraft einer Druckfeder 35 und sind mit einer Nase 36 versehen, die an einem Anschlag 37 zur Anlage kommen kann, wodurch die

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maximale Auswärtsposition der Kupplungsklauen 3 3 bestimmt ist. Auf ihren Außenseiten sind die Kupplungsklauen 33 leistenartig ausgebildet, so daß sie in Nuten 3 8 von angepaßter Form eingreifen können, die sich an dem Mittelteil 2b des Außenrohres 2 befinden. Hierdurch wird eine drehende Mitnahme des Tragkörpers 11 und der mit ihm verbundenen Teile einschließlich des Hammers 16 erreicht, wenn dem Außenrohr 2 über das Bohrgestänge B eine Drehung erteilt wird. Die lichte Weite des Außenrohres 2 in dem Bereich oberhalb der Nuten 3 8 und die lichte Weite des sich anschließenden Bohrgestänges ist größer als die größte äußere Abmessung der Kupplungsklauen 3 3 in ihrer maximalen Auswärtsposition.

In Ausnehmungen 40 des Tragkörpers 11 sind weiterhin an mehreren, z.B. zwei diametral gegenüberliegenden Stellen radial bewegliche Riegel 41 vorgesehen, die unter der Belastung von Druckfedern 42 stehen. An der Innenseite des Außenrohres 2 ist eine Ausnehmung 43 mit einer umlaufenden Schulter 44 vorhanden. Vorsprünge 45 an den Riegeln 41 können in der nach außen gedrückten Position der letzteren an der Schulter 44 zur Anlage kommen, wodurch die gesamte Einheit 10 gegen eine axiale Aufwärtsbewegung gesichert und mit dem Außenrohr gekuppelt ist. Diese Wirkposition der Riegel 41 ist in Fig. 1 zu erkennen.

Aus ihrer Wirkposition sind die Riegel 41 in eine innere Ruheposition gemäß Fig. 4 überführbar, wobei sie vollstän-

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dig innerhalb der lichten Weite des Außenrohres 2 und des anschließenden Bohrgestänges liegen.

Bei der dargestellten Ausführung erfolgt das radiale Einwärtsbewegen der Riegel 41 in die Ruhestellung mittels eines Schiebers, der vom unteren Bereich des Hülsenteiles des Kopfstückes 1 gebildet wird.

In Fig. 1 ist diejenige Lage der Kupplungselemente 33, 41 gezeigt, die diese beim Einsatz der Vorrichtung, d.h. bei der Gewinnung eines Kernes während des Bohrens einnehmen. Die Drehung des Bohrgestänges B wird dabei über die von den Kupplungsklauen 33 hergestellte mitnehmende Verbindung auf den Tragkörper 11 mit der hülsenartigen Verlängerung und von dieser auf den Hammer 16 übertragen, so daß dem sich ohne Drehung in den Bohrgrund einarbeitenden Innenrohr 4 mit dessen Bohrkrone 5 eine Schlagbewegung erteilt wird. Während des Bohrens kann Spülung durch die aus der Zeichnung ersichtlichen Kanäle und Ringräume bis zur Bohrkrone 3 gelangen, wo sie nach außen austritt.

Ist ein Kern gewonnen, so wird die gesamte Einheit 10 aus Tragkörper 11, Schlageinrichtung 12 und Innenrohr 4 mittels der an einem Seil hängenden und am Fangzapfen 9 des Kopfstückes 1 angreifenden Fangvorrichtung F angeho*ben, wobei sich zuerst das Kopfstück 1 mit seinem Hülsenteil 8 rer lativ zum Tragkörper 11 verschiebt und dadurch die Riegel

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in die Ruheposition nach Fig. 4 bringt. Von diesem Augenblick an bewegt sich das Kopfstück 1 zusammen mit der gesamten Einheit 10 durch das Bohrgestänge nach oben, so daß der gewonnene Kern schließlich über Tage entnommen werden kann, während das Bohrgestänge B mit dem Außenrohr 2 im Bohrloch verbleibt.

Nach dem Entnehmen des Kernes kann die Einheit 10 zu jedem gewünschten Zeitpunkt an der Fangvorrichtung mittels des Zugorgans wieder durch das Bohrgestänge hinabgelassen werden, wobei die Kupplungsklauen 33 in die Nuten des Außenrohres 2 eingreifen und durch weiteres Absenken des Kopfstückes 1 auch die Riegel 41 von dem den Schieber bildenden Hülsenteil 8 freigegeben werden, so daß sie die Schulter 44 am Außenrohr 2 untergreifen, wodurch sich wiederum der gekuppelte Zustand gemäß Fig. 1 ergibt. Der Tragkörper 11 ist mit einem Bund 47 versehen, während im Außenrohrteil 2b eine Schulter 48 vorhanden ist, wodurch beim Absenken der Einheit 10 in das Außenrohr 2 eine Wegbegrenzung nach unten hin gegeben·ist. Falls die Kupplungsklauen 3 bei dem geschilderten Vorgang nicht den Nuten 3 8 im Außenrohr 2 gegenüber zu liegen "kommen, sondern auf die dazwischenliegenden Bereiche auftreffen, können sie dank der Belastung idurch die Federn 3 5 nach innen ausweichen. Sie rasten dann jedoch sogleich in die Nuten ein, wenn beim Bohrvorgang die Drehung des Außenrohres 2 mit dem Bohrgestänge beginnt.

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Die in Fig. 2 erkennbaren Distanzringe 18 können in ihrer Anzahl oder in ihrer Länge verschieden gewählt werden und dadurch in vorteilhafter Weise zur Veränderung des Hubes bzw. der auf den Hammer wirkenden Kraft der Feder 17 dienen. Es läßt sich dadurch eine günstige Anpassung an den verwendeten Hammer und/oder die verwendete Bohrkrone erreichen.

Je nach den Gegebenheiten kann der Ausgleichsring 30 (Fig.2) auch fehlen oder es können mehrere solcher Ringe vorhanden sein. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Einstellmöglichkeit j um den gewünschten Überstand des Innenrohres k über das Außenrohr 2 bzw. das Voreilen der inneren Bohrkrone 5 gegenüber der äußeren Bohrkrone 3 zu erreichen.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt, für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Gewinnung von Kernen mit einem an ein Bohrgestänge anschließbaren oder durch einen Teil desselben gebildeten, am unteren Ende mit einer Bohrkrone od.dgl. ausrüstbaren oder versehenen Außenrohr, einem am unteren Ende mit einer Bohrkrone od.dgl. ausrüstbaren oder versehenen, einen Kernaufnahmeraum enthaltenden Innenrohr und mit einer durch eine Drehung des Außenrohres antreibbaren Schlageinrichtung mit einem Hammer und einem Amboß zur Erzeugung einer periodischen Axialbewegung des Innenrohres relativ zum Außenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (MO, die Schlageinrichtung (12) sowie ein zugeordneter Tragkörper (11) eine mittels eines Zugorgans in Achsrichtung des Außenrohres (2) durch dieses hindurch bewegbare Einheit (10) bilden und daß ein mit einem Element (16) der Schlageinrichtung (12) auf drehende Mitnahme verbundener Teil (13) dieser Einheit (10) mit dem Außenrohr (2) kuppelbar ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Tragkörper (11) oder einem mit diesem verbundenen Teil (13) der Hammer (16) der Schlageinrichtung (12) undrehbar, aber axial verschiebbar angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem Hammer (16) und einem Absatz (19) des Tragkörpers (11) eine Druckfeder (17) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg des Hammers (16) in Richtung auf den Tragkörper (11) durch einander zugeordnete Anschläge (20, 21) begrenzt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (11) mit einer die Schlageinrichtung (12) umgebenden hülsenförmigen Verlängerung (13) versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hülsenförmige Verlängerung (13) einen Mitnehmer für den Hammer (16) der Schlageinrichtung (12) bildet.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hülsenförmige Verlängerung (13) oder ein mit dieser verbundener Teil (27) eine Führung für das Innenrohr ( <+) oder für einen mit dem letzteren verbundenen Teil (23) bildet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Tragkörper (11) getrennte Kupplungselemente (33; 41) einerseits für eine lösbare Drehkupplung mit dem Außenrohr (2) und andererseits für eine lösbare axiale Festlegung an dem Außenrohr (2) vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Tragkörper (11) radial bewegliche Kupplungsklauen (33) und an dem Außenrohr (2) Mitnehmernuten (38) zur Aufnahme der Kupplungsklauen (33) vorgesehen sind.

10, Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsklauen (33) jeweils durch eine Druckfeder (35) belastet sind,

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10, gekennzeichnet durch den Weg der Kupplungsklauen C33) nach außen begrenzende Anschläge (37).

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12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsklauen (33) als Schwenkhebel ausgebildet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenmaß der Kupplungsklauen (33) in ihrer maximalen Auswärtsposition kleiner als das lichte Innenmaß des Außenrohres (2) oberhalb der Mitnehmernuten (38) ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Tragkörper (11) radial bewegliche Riegel (M-I) und an dem Außenrohr (2) eine die Anlage der Riegel (41) zulassende Schulter (44) zur lösbaren axialen Festlegung des Tragkörpers (11) relativ zum Außenrohr (2) vorgesehen sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Riegel (41) unter der Belastung von Druckfedern (42) stehen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Riegel (41) mittels eines relativ zum Tragkörper (11) verstellbaren Schiebers (8) aus einer äußeren Wirkposition in eine innere Ruheposition, in der sie innerhalb der lichten Weite des Außenrohres (2) liegen, überführbar sind.

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17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (8) mit einem dem Tragkörper (11) zugeordneten, zum Angriff eines Zugorgans od.dgl. bestimmten Kopfstück (1) verbunden oder Teil eines solchen ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch den Weg der Einheit (10) nach unten begrenzende Anschläge (47, 18).

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