DE2919007A1

DE2919007A1 - Bohrgeraet zum bohren eines kerns in tiefbohrloechern

Info

Publication number: DE2919007A1
Application number: DE19792919007
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr.-Ing. 3101 Wienhausen Jürgens
Original assignee: Christensen Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 1979-05-11
Filing date: 1979-05-11
Publication date: 1981-04-02
Also published as: US4452322A; BE883167A; GB2048996A; CA1153759A; FR2456209B1; GB2048996B; FR2456209A1; DE2919007C2

Description

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Bohrgerät zum Bohren eines Kerns in Tiefbohrlöchern

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät zum Bohren eines Kerns in Tiefbohrlöchern, bestehend aus einem mit dem bohrlochseitigen Ende eines Rohrstranges verbindbaren, von der Bohrspülung beaufschlagten Direktantrieb und aus einer Kernbohrvorrichtung, die ein an den Rotor des Direktantriebs angeschlossenes, eine Bohrkrone tragendes Außenrohr und ein koaxial in diesem angeordnetes Kernrohr umfaßt, das mit dem Außenrohr einen Ringraum begren: der Teil des axialen Strömungsweges der Bohrspülung durcJ das Bohrwerkzeug bildet, und das an seinem dem Direktantrieb zugewandten, inneren Ende mit einem bei Auftrete] eines Druckgefälles vom Innenraum des Kernrohres zur Umgebung hin öffnenden Rückschlagventil versehen ist.

Bei bekannten Bohrgeräten dieser Art, die für Einzelkern· vorgänge Anwendung finden, hat das Rückschlagventil am inneren Ende des Kernrohres die Aufgabe, die im Bohrbetrieb verwendete Spülflüssigkeit bei fortschreitendem Wachsen des Kerns im Kernrohr aus diesem austreten zu lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kernbohrgerät der angegebenen Art zu schaffen, bei dem die Mög-

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lichkeit eines Durchspülens des Kernrohrs gegeben ist, um aus diesem vor Beginn eines Kernbohrvorgangs Bohrkleir und ähnliche Teile zu entfernen, die sich beim Einführen des Bohrgerätes in das Bohrloch dort angesammelt haben.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung in erster Linie dadurch gelöst, daß das Kernrohr über einen Einlaßkanal mit dem Strömungsweg der Bohrspülung verbunden und von der Bohrspülung in Richtung zur Bohrlochsohle hin durchströmbar ausgebildet ist sowas ein bei einer Betätigung diese Durchströmung des Kernrohres unterbindendes Sperrventil umfaßt.Durch die auf diese Weise im Bereich oberhalb des Kernrohres geschaffene Übertrittsöffnung für Bohrspülung kann die Spülflüssigkeit nun in.das obere Ende des Kernrohres eingeführt und an dessen unterem, offenem Ende ausgeführt werden, um so vor Beginn eines Kernvorgangs das Kernrohr gründlich zu durchspülen. Das Sperrventil ermöglicht hierbei'die Unterbrechung der Durchspülung des Kernrohrs zu einem bestimmten, gewollten Zeitpunkt. Diese Durchspülungsmöglichkeit des Kernrohres ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich gegeben, wenn der Direktantrieb bereits läuft oder auch dann, wenn dieser noch nicht angelaufen ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Kernrohr im Einlaßkanal für die Bohrspülung einen für diese eine Durchtrittsöffnung umgebenden Ventilsitz als Teil

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des Sperrventils auf, auf dem ein gesonderter, unabhängiger Ventilkörper des Sperrventils absetzbar ist. Besonders zweckmäßig ist es, in Strömungsrichtung der Bohrspülung stromaufwärts des Kernrohres im Bohrgerät eine auslösbare Speichervorrichtung für zumindest einen solchen freigebbaren Ventilkörper des Sperrventils vorzusehen. Ein einziger Ventilkörper reicht aus, wenn das Sperrventil zugleich als Rückschlagventil für einen Austritt von Spülflüssigkeit bei fortschreitendem Wachse des Kerns ausgebildet ist, während zwei Ventilkörper vorgesehen sind, wenn zwei Ventile mit getrennten Funktionen vorgesehen sind. Beide Möglichkeiten sind im Rahmen der Erfindung gegeben.

Zahlreiche weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung schematisch veranschaulicht sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1

Fig. 2

ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kernbohrgerätes in einem schematischen Längsschnitt,

eine Einzelheit des Bohrgerätes nach Fig. in gegenüber dieser vergrößertem Maßstab, und

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Fig. 3
bis 9

je ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen· Kernbohrgerätes in einer Darstellung entsprechend Fig. 1.

Wie zunächst aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt das Kernbohrgerät einen Direktantrieb 1 in Moineau-Ausführun iit einem einen Außenkörper des Antriebs bildenden Stator 2 und einem einen Innenkörper des Antriebs bildenden Rotor 31 die in an sich bekannter Weise zwischen sich einen Arbeitsraum begrenzen. Der Stator 2 des Direktantriebs 1 ist mit dem nicht näher dargestellten, stillstehenden Bohrrohrstrang fest verbunden. Durch diesen wird Spülflüssigkeit als Arbeitsmedium abwärts gepumpt und tritt mit hohem Druck in den Arbeitsraum ein, durch den es einen schraubenlinienförmigen Weg erfährt, wobei ein Teil der Druckenergie des Arbeitsmediums in Rotation energie für das Werkzeug umgewandelt wird.

Der Rotor 3 ist über eine Gelenkwelle 4 und ein sich an diese anschließendes Umlenkrohrstück 5 für die Spülflüssigkeit mit einer mit diesem verschraubten Hohlwelle 6 eines Lagerstuhls 7 des Direktantriebs 1 verbunden.

Ferner umfaßt das Bohrgerät eine als Ganzes mit 8 bezeichnete Kernbohrvorrichtung, die ihrerseits aus einem

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Außenrohr 9 mit einer an dessen unterem Ende befestigten Kernbohrkrone 10 und einem inneren Kernrohr 11 besteht. An seinem oberen Ende ist das Kernrohr mit einem Rohrstück 12 geringeren Durchmessers verschraubt. Mittels einer Lagervorrichtung 13 zwischen dem Außenrohr 9 und dem Rohrstück 12 ist die von diesem und dem Kernrohr 11 gebildete Einheit koaxial zum Außenrohr 9 der Kernbohrvorrichtung 8 gehalten. Die Rohreinheit 11,12 begrenzt mit dem Außenrohr 9 einen Ringraum 14, der Teil des axialen Strömungsweges der Bohrspülung durch das Bohrgerät bildet.

Das Rohrstück 12 ist oberseitig offen ausgebildet und definiert einen Einlaßkanal 15 für Spülflüssigkeit zum Kernrohr 11. Hierdurch ist das Kernrohr 11 in Richtung zur Bohrlochsohle bzw. zur Bohrkrone 10 hin von Spülflüssigkeit durchströmbar, wie es durch einen Pfeil 16 in Fig. 1 versinnbildlicht ist.

Ein solches Durchspülen des Kernrohres 11 findet vor einem Kernbohrvorgang statt, wobei der Direktantrieb 1 bei dem Beispiel nach Fig. 1 läuft und die aus dem zwischen Stator 2 und Rotor 3 gebildeten Arbeitsraum austretende Spülflüssigkeit durch das Umlenkrohrstück 5 entsprechend den Pfeilen 17 in die Hohlwelle 6 eintritt, diese sowie ein sich anschließendes Verbindungsrohrstück 18 durchströmt und bei 16 in den Einlaßkanal 15 ein-

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strömt, um das Kernrohr 11 durchzuspülen.

Die Durchspülung des Kernrohres 11 kann mittels eines als Ganzes mit 19 bezeichneten Sperrventils unterbrochen werden^ welches einen Ventilsitz 20 umfaßt, der im Einlaßkanal 15 eine Durchtrittsöffnung 21 für die Bohrspülung umgibt. Auf diesen Ventilsitz 20 ist ein gesonderter, unabhängiger Ventilkörper 22, z.B. in Form einer Kugel, absetzbar.

Der Ventilkörper 22 kann sich beispielsweise während des Durchspülens des Kernrohres 11 im Einlaßkanal 15 befinden und dort gegen eine abwärts gerichtete Absetzbewegung, z.B. durch eine Klinke etc., arretiert sein. Durch eine Druck- oder Zugkraft oder durch ein abgeleitetes Drehmoment kann die Arretierung für den Ventilkörper 22 aufgehoben und dieser für die Absetzbewegung auf seinen Ventilsitz 20 freigegeben werden.

Eine besonders vorteilhafte, den Vorgang des Durchspülens in keiner Weise behindernde Konstruktion sieht jedoch vor, daß der Ventilkörper 22 des Sperrventils zum Durchspülen des Kernrohres 11 außerhalb des Einlaßkanals 15 für die Spülflüssigkeit gehalten ist und erst dann in den Einlaßkanal 15 eingeworfen wird, wenn die Durchspülung des Kernrohres 11 unterbrochen werden soll.

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Dies ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mittel einer im Verbindungsrohrstück 18 stromaufwärts des Kernrohres 11 bzw. seines Einlaßkanals 15 untergebrachten Speichervorrichtung 23 für den Ventilkörper erreicht. Die Speichervorrichtung 23, die in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist, umfaßt ein von dem Verbindungsrohrstück 18 gebildetes AuSengehäuse mit einer Ausnehmung 24 zur Aufnahne des Ventilkörpers 22 und einen im Inneren des Rohrverbir.dungstück; 18 angeordneten Ringkörper 25. Der Ringkörper 25 ist im Rohrverbindungsstück 18 axial verschieblich und weist eine ümfangsöffnung 26 für einen Durchtritt des Ventilkörpers 22 bei einem axialen Verschieben des Ringkörpers 25 auf. Gemäß dem dargestellten Beispiel steht der Ringkörper 25 unter der Vorlast einer Schraubenfeder 27 und ist als Kolbenhülse ausgebildet, die bei tibersteigen eines bestimmten Spülungsdruckes entgegen der Federwirkung eine Abwärtsbewegung ausführt, so daß die Ventilkugel 22 durch die ümfangsöffnung 26 hindurchtreten und durch den Einlaßkanal 15 auf den Ventilsitz 20 gelangen kann, wie es in Fig. 1 bei 22' strichpunktiert veranschaulicht ist. In Fig. 2 ist in der rechten Hälfte die Sperrstellung des Ringkörpers veranschaulicht, in der der Ventilkörper 22 in der Speichervorrichtung 23 zurückgeeilten ist, und in der linken Hälfte dessen abwärts verschobene Stellung ge-

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zeigt, die zum Durchtritt des VentilKSrgers 22 durch die öffnung 26 geführt hat.

Befindet sich der Ventilkörper 22 in der Stellung 22· auf seinem Ventilsitz 20, so ist der Vorgang des Durchspülens des Kernrohres 11 unterbrochen. Die Spülflüssigkeit nimmt dann ihren Weg durch den Ringraum 14 zur Bohrkrone 10 hin, wie es in Fig.1 durch einen gestrichelt gezeichneten Pfeil 28 versinnbildlicht ist. Das Bohrgerät wird nun zum Erböhren, eines Kerns betriebe: Hierbei rotiert das die Bohrkrone 10 tragende Außenrohr 9 aufgrund seiner Verbindung mit dem Rotor 3 des Direktantriebs 1, während das Kernrohr 11 über die Rückwirkung zum Kern bei dessen Erbohren stillgesetzt wird. Hierbei wirkt das Sperrventil 19 zugleich als Rückschlagventil zum Entlassen von Spülflüssigkeit aus dem Verlängerungsrohr 12 des Kernrohres 11 bei fortschreitendem Wachse des Kerns im Kernrohr 11.

Das Anbringen der Speichervorrichtung zwischen dem Direktantrieb 1 und dem Kernrohr 11 gewährleistet, daß das Sperrventil 19 bereits an Ort und Stelle funktionsbereit vorhanden ist, was den grundsätzlichen Vorteil bietet, daß vorhandene Direktantriebe und vorhandene Kernbohrvorrichtungen ohne wesentliche Verä-nderungen zum Einsatz kommen können. Bei einer solchen Ausführung, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht ist, befindet sich die

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Durchtrittsöffnung für Spülmedium unterhalb des Endes des Direktantriebs 1 und führt, wie es durch die Pfeile 17 veranschaulicht ist, in das Zentrum der üblicherweise hohlen Lagerstuhlwelle 6, die mit dem Kernrohr 11 in Strömungsverbindung steht.

Der Ventilsitz 19 kann an einer beliebigen Stelle im Bereich zwischen der genannten Durchtrittsöffnung für die Spülflüssigkeit und dem oberen Ende des Kernrohres 11 angeordnet sein, wobei sich oberhalb des Ventilsitzes weitere Durchtrittsöffnungen 40 befinden, durch die hindurch Spülmedium wieder in den äußeren Ringraum 14 zwischen Kernrohr 11 und Außenrohr 9 dann überführbar ist, wenn der Ventilkörper 22 seinen Ventilsitz 19 absperrend einnimmt. Der Ventilsitz 19 ist, wie gezeigt, im oberen Bereich der Rohreinheit 11,12 angeordnet, und die Durchtrittsöffnungen 40 für die Rückführung des Spülmediums in den Ringraun · 14 befinden sich unmittelbar darüber, um die Lagervorrichtung 13 etc. der Durchspülung im Kernbohrbetrieb zu entziehen.

Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 während des Durchspülens des Kernrohres 11 der Direktantrieb läuft, ist dies bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.

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vermieden, was für ein erleichtertes Einbringen des Bohrgerätes in das Bohrloch erwünscht sein kann. Das grundsätzliche Konstruktionsprinzip des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 hinsichtlich des Direktantriebs 1 mit außenliegendem Stator 2 und innerem bzw. zentralem Rotor 3 ist auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 beibehalten, so daß hierfür, wie auch für zahlreiche weitere übereinstimmende Bauteile, gleiche Bezugszeichen verwendet werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß der Direktantrieb 1 einen zentralen axialen Durchlaßkanal 29 für Bohrspülung aufweist, der sich durch den Rotor hin'durcherstreckt und dessen Eintrittsöffnung 30 stromaufwärts des Direktantriebs 1 gelegen ist. Der Rotor 3 bzw. sein Durchlaßkanal 29 ist wiederum über die Gelenkwelle 4 und das Umlenkrohrstück 5 für die Spülflüssigkeit mit der Lagerstuhlwelle 6 verbunden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch die Gelenkwelle 4 als Hohlwelle mit einem zentralen Durchtrittskanal 31 in Verlängerung des Durchlaßkanals 29 des Direktantriebs 1 ausgebildet. Im Bereich der Eintrittsöffnung 30 des Durchlaßkanals 29 ist ein weiteres Sperrventil 32 vorgesehen, das den zentralen Durchlaßkanal 29 des Direktantriebs 1 schließt bzw. absperrt, wenn die Durchspülung des Kernrohres 11 beendet werden soll. Das zwpH-p Spprr-

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1t--

ventil 32 weist seinerseits einen eine Durchtrittsöffnung für Bohrsp-ülung belassenden Ventilsitz 33 für einen auf diesem absetzbaren, gesonderten, unabhängigen Ventilkörper 34, bei dem dargestellten Beispiel wiederum in Form einer Kugel, auf. Der Ventilkörper 34 ist hierbei von einer diesen für ein Durchspülen des Kernrohres 11 nach oben drückenden Feder 35 abgestützt.

Bis hin zu einem vorgegebenen Druck in der Spülung ist das Sperrventil 32 offen und damit die zentrale Durchströmung des Direktantriebs 1 in Richtung zum Kernrohr 11 gegeben. Mit der Spülung wird dementsprechend das Kernrohr durchströmt, während der Direktantrieb 1 stillsteht, da der zwischen Stator 2 und Rotor 3 gebildete Arbeitsraum aufgrund des offenen Durchlaßkanals 29 nicht in nennenswertem Ausmaß von Spülflüssigkeit als Arbeitsmedium durchströmt wird. Wächst der Spülungsdruck über einen vorbestimmten Wert, so schließt das Sperrventil 32 durch Aufsetzen des Ventilkörpers 34 unter Überwindung der Kraft der Feder 35 auf den Vertilsitz 33, so daß die Spülflüssigkeit nun den Arbeitsraum des Direktantriebs 1 durchströmt und diesen in Tätigkeit setzt.

Während des Durchspülens des Kernrohrs 11 befindet sich selbstverständlich auch das erste Sperrventil 19 in Offenstellung, das auch bei diesem Ausführungsbeispiel mit der Speichervorrichtung 23 für den Ventilkörper 22

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arbeitet. Diese gibt in der anhand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 bereits beschriebenen Weise bei Erreichen des vorgegebenen Spülungsdrucks den Ventilkorper 22 frei, so daß dieser durch den Einlaßkanal 15 auf seinen Ventilsitz 20 gelangt, wie es in Fig. 3 bei 22' gestrichelt veranschaulicht ist. Während des Durchspülens des Kernrohres 11 bei geöffneten Sperrventilen 32 und 19 nimmt die Spülflüssigkeit somit einen Strömungsweg entsprechend den in vollen Linien eingezeichneten Pfeilen 36,37 und 38, während sie bei geschlossenen Sperrventilen 32 und 19 einen Strömungsweg entsprechend den gestrichelt eingezeichneten Pfeilen 39,40» und 41 nimmt. Der Ventilkorper 22 ist in seiner Sperrstellung 22' lediglich von dem durch Durchgang der Spülflüssigkeit durch den Direktantrieb 1 verringerten Druck der Spülflüssigkeit beaufschlagt, so daß, da im Bohrbetrieb auch innerhalb des Kernrohrs 11 der Druck im allgemeinen gleich oder kleiner als dieser Druck ist, das Sperrventil 19 ohne Schwierigkeiten als Rückschlagventil arbeiten kann.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem nach Fig. 3 im wesentlichen dadurch, daß der axiale Durchlaßkanal 29 des Direktantriebs 1 unter Verzicht auf die Gelenkwelle 4 als ein sog. Biegerohr od.dg gelenklose, verlagerbare, ein Torsionsmoment übertragende Verbindung ausgebildet und an die Hohlwelle 6 des

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Lagerstuhls 7 angeschlossen ist. Die Wirkungsweise ist im übrigen die gleiche wie im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3. Während des Durchspülens des Kernrohres 11 mit Spülflüssigkeit bei geöffneten Sperrventilen 32 und 19 folgt die Spülflüssigkeit ihrem Strömungsweg durch den zentralen Durchlaßkanal 29, die Hohlwelle 6 des Lagerstuhls 7, das Verbindungsrohr stück 18 und den Einlaßkanal 15 des Kernrohres 11 entsprechend den in vollen Linien eingezeichneten Pfeilen 42 und 43. Bei geschlossenem Sperrventil 32 tritt die aus dem Arbeitsraum des Direktantriebs 1 ausströmende Spülflüssigkeit durch einen Umlenkkanal entsprechend dem gestrichelt eingezeichneten Pfeil 44 in die Hohlwelle 6 des LagerStuhls 7 ein, durchströmt das Rohrverbindungsstück 18 mit der Speichervorrichtung 23, die bei Erreichen des vorgegebenen Spülungsdrucks den Ventilkörper 22 freigibt und auf seinen Ventilsitz 20 herabfallen läßt, woraufhin die Spülflüssigkeit durch eine oder mehrere Verbindungsöffnungen im Einlaßkanal 15 entsprechend dem gestrichelt eingezeichneten Pfeil 45 aus dem Einlaßkanal 15 aus- und in den Ringraum 14 eintritt.

Während bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 4 eine Festsetzung des Kernrohres 11 beim Erbohren eines Kerns durch Reibeingriff mit diesem erfolgte, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 zur Ver-

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meidung etwaiger Kernbeschädigungen eine positive Verriegelung des Kernrohres 11 gegen eine Drehbewegung vorgesehen. Der Direktantrieb 1 mit seinem außenliegenden Stator 2 und innenliegendem Rotor 3 besitzt wiederum den zentralen Durchlaßkanal 29, durch den sich jedoch bei dem vorliegenden Beispiel ein rohrförmiger Fortsatz 46 des Kernrohres 11 hindurcherstreckt. Der Fortsatz 46 ist hierbei mit dem oberen Ende des Kernrohres 11 verschraubt und erstreckt sich, ausgehend von diesem, durch das die Speichervorrichtung 23 enthaltende Rohrverbindungsstück 18 sowie durch die Hohlwelle 6 des Lagerstuhls 7 hindurch und ist mit seinem sich durch den Direktantrieb 1 hindurcherstreckenden Endbereich bis zum unteren Ende des stillstehenden Bohrrohrstranges hochgeführt. Hier ist in nicht näher dargestellter Weise eine Festlegung des oberen Endes des Fortsatzes 46 am stillstehenden Bohrrohrstrang vorgenommen, so daß das Kernrohr 11 positiv gegen jegliche Drehbewegung gesichert ist. Gleichzeitig bildet der Fortsatz 46 einen Führungskanal für eine zentrale Durchführung von Bohrspülung durch den Direktantrieb 1.

Die übrigen Bauteile des Ausführungsbeispiels nach Fig. entsprechen denen nach den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 4 und weisen aus diesem Grunde gleiche

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Bezugszeichen auf.

Bis zu dem vorgegebenen Druck in der Spülung ist das obere Sperrventil 32 offen, wodurch die zentrale Durchspülung des Kernrohrs 11 über dessen Fortsatz 46 erfolgt. Der Direktantrieb 1 steht hierbei wiederum still. Wächst der Spülungsdruck, so schließt das obere Sperrventil 32 mit der Folge, daß die Spülung nun den Arbeitsraum des Direktantriebs 1 durchströmt, so daß dieser arbeitet. Die aus dem Arbeitsraum des Direktantriebs 1 sodann austretende Spülflüssigkeit wird durch seitliche Öffnungen 47 in einen Ringraum 48 zwischen dem Kernrohrfortsatz 46 und der Hohlwelle 6 umgelenkt. Unterhalb der Hohlwelle 6 befindet sich im Kernrohrfortsatz 46 eine Durchtrittsöffnung 49 für die Spülflüssigkei so daß diese zunächst wieder in den Fortsatz 46 eintreten und damit das Kernrohr 11 durchspülen kann, während gleichzeitig ein weiterer Anteil der Spülflüssigkeit durch das Rohrverbindungsstück 18 abwärts- und durch die Lagervorrichtung 13 hindurchgeleitet wird und somit den Ringraum 14 zwischen dem Außenrohr 9 und dem Kernrohr 11 durchströmt. Befindet sich der Ventilkörper 22 in seiner Sperrstellung 22', so wird die bei 49 in den Fortsatz 46 wieder eingeleitete Spülflüssigkeit durch eine seitliche öffnung 50 aus dem Fortsatz 46 wieder herausgeführt und durchströmt sodann ebenfalls den Ringraum 14.

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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist eine Abwandlung des Direktantriebs 1' in der Weise vorgesehen daß dessen zentraler Körper als Stator 51 und dessen außenliegender Körper als Rotor 52 ausgebildet ist. Der Stator 51 ist über eine obere Gelenkwelle 53 mit dem unteren stillstehenden Ende des Bohrrohrstranges verbunden. Das untere Ende des Stators 52 ist über eine weitere Gelenkwelle 54 mit der Kernrohreinheit 11,12 verbunden, und zwar mit dem den Einlaßkanal 15 aufweisenden Rohrstück 12, das mit dem Kernrohr 11 verschraubt ist. Auf diese Weise ist das Kernrohr 11 in positiv verriegeltem Stillstand im Außenrohr 9 der Kernbohrvorrichtung 8 gehalten.

Der den Außenkörper des Direktantriebs 1 bildende Rotor 52 ist bei diesem Ausführungsbeispiel direkt mit dem Außenrohr 9 der Kernbohrvorrichtung 8 verbunden.

Der Stator 51 weist im Zentrum des Direktantriebs 1' wiederum den zentralen Durchlaßkanal 29 auf, an dessen oberem Ende sich das zweite Sperrventil 32 entsprechend den Ausführungsformen nach den Fig. 3 bis 5 befindet, während das erste Sperrventil 19 in der bereits anhand der vorherigen Ausführungsbeispiele erläuterten Weise im Einlaßkanal 15 des Kernrohres 11 gebildet ist.

Während des Durchspülens dss

π fr_ej goöffnctcm

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oberen Sperrventil 32 steht der Direktantrieb 1^f still und die Spülflüssigkeit bewegt sich ausschließlich durch den zentralen Durchlaßkanal 29 sowie durch die als Hohlwelle ausgebildete Gelenkwelle 54 zum Kernrohr 11 und durchströmt dieses. Schließt bei erhöhtem Druck im Spülungsmedium das obere Ventil 32, so durchtritt das Spülungsmedium den Arbeitsraum des Direktantriebs 1' und gelangt danach in einen den Ringraum 14 nach oben fortsetzenden Ringraum 55 zwischen dem Außenrohr 9 der Kernbohrvorrichtung 8 und der Gelenkwelle 54. Hier befinden sich eine oder mehrere Durchtrittsöffnungen 56, durch die das Spülungsmedium vom Ringraum 55 in den hohle Fortsatz 54' der Gelenkwelle 54 hineingeführt wird. Die Speichervorrichtung 23 für den Ventilkörper 22 befindet sich oberhalb des Durchtritts 56. Die Spülflüssi keit durchströmt vor ihrem Eintritt in die Durchtrittsöffnungen 56 den Ringraum zwischen dem Gehäuse der Speichervorrichtung 23 und dem Außenrohr 9¹. Die sich hieraus ergebende Druckdifferenz führt beim Überschreiter des Nennwertes zum Abwärtsbewegen der Speichervorrichtung 23, wodurch der Ventilkörper 22 freigegeben wird urd das Sperrventil 19 schließt.

Bei geschlossenem zweiten Sperrventil 19 tritt die Spülflüssigkeit durch die öffnungen 56 und das Rohrstück 12 ein und durch eine oder mehrere seitliche öffnungen 58 oberhalb des Sperrventils 19 entsprechend dem gestrichelt

avis und

in den

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und damit zur Bohrkrone 10.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 sind anstelle der in Fig. 6 veranschaulichten Gelenkwellen 53 und 54 Biegerohre 60 und 61 für die Verbindungen zum zentralen Stator 51 vorgesehen. Hinsichtlich der übrigen Bauteile ist diese Ausführungsform der nach Fig. 6 prinzipiell gleich und entspricht ihr auch in der Funktion, insbesondere was die positive Festsetzung des Kernrohres 11 und die Führung der Spülflüssigkeit bei geöffneten und geschlossenen Sperrventilen 19 und 32 angeht.

Die Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel analog der Ausführungsform nach Fig. 6 bzw. Fig. 7. In der Gelenkwelle 54 zwischen dem zentralen Stator 51 und dem oberen Ende des Kernrohres 11 bzw. dessen den Einlaßkanal 15 aufweisenden Rohrstück 12 befinden sich eine oder mehrere Durchtrittsöffnungen 64 für Spülungsmedium und darunter das erste, untere Sperrventil 19 mit dem Ventilsitz 20. Die Verbindung zwischen dem Stator und der Hohlwelle 6 des LagerStuhls 7 stellt eine mit dem Stator am oberen Ende verbundene Biegerohrwelle 63 dar, die auch gemäß Fig. 7 mit dem unteren Ende des Stators verbunden sein kann. Jedoch kann

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diese Verbindung auch aus einer Gelenkwelle mit Zentralbohrung bestehen. Oberhalb des Stators 51 befindet sich das zweite Sperrventil 32 mit seinem Ventilsitz 33, der im oberen Endbereich der Biegerohrwelle 63 ausgebildet ist.

Stromaufwärts des Sperrventils 32 befindet sich eine auslösbare Speichervorrichtung 23' für die beiden Ventilkörper 22 und 34. Die beiden Ventilkörper 22 und 34 weisen hierbei unterschiedliche Durchmesser auf, wobei der erste, kleinere Ventilkörper 22 für das untere Sperrventil 19 und der zweite, größere Ventilkörper 34 für das obere Sperrventil 32 vorgesehen ist. Die Ausführung der Speichervorrichtung 23' kann analog der Darstellung nach Fig. 2 beispielsweise mit einander diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen 24 für den jeweiligen Ventilkörper 22 bzw. 34 vorgenommen sein, wobei dieseDoEpelausführung in der Weise arbeitet, daß zuerst der kleinere Ventilkörper 22 für das untere Ventil 19 bei Betätigung freigegeben wird. Dieser kleinere Ventilkörper 22 passiert den Ventilsitz 33 des oberen Sperrventils 32 und setzt sich auf den Ventilsitz 20 des unteren Sperrventils auf, wodurch die Durchspülung des Kernrohres 11 abgesperrt wird.

Trotz dieser Absperrung passiert die Spülflüssigkeit

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nach wie vor den Direktantrieb 1 * durch die den zentralen Durchtrittskanal ausbildende Biegerohrwelle 63, ohne daß hierbei eine Betätigung des Direktantriebs 1' stattfindet. Wird nun der größere Ventilkörper aus der Speichervorrichtung 23" abgegeben, so wird der Zentralkanal durch die Biegerohrwelle 63 vollständig gesperrt und die Spülflüssigkeit durchströmt nun den zwischen dem Stator 51 und dem Rotor 52 gebildeten Arbeitsraum des Direktantriebs 1'. Nachdem die Spülflüssigkeit den Arbeitsraum des Direktantriebs 1¹ passiert hat, gelangt sie unter Durchströmung der Kanäle 56 und 64 in den Ringraura 14 zwischen Außenrohr und Kernrohr 11 der Kernbohrvorrichtung 8, wie die Pfeile 62 zeigen,während bei zunächst nur abgesetztem kleinerem Ventilkörper 22 auf dem Ventilsitz 20 die Spülflüssigkeit durch die hohle Gelenkwelle 54 zu den Durchtrittsöffnungen 64 und in den Ringraum 14 unter Umströmen der Lagervorrichtung 13 gelangt. Bei geöffneten Ventilen und 32 erfolgt die zentrale Spülung analog den Ausführungsformen nach den Fig. 3 bis 7.

Für sämtliche Ausführungsformen, ausgenommen die Ausführungsform nach Fig. 1, bei der kein zentraler Durchlaß durch den Direktantrieb vorgesehen ist, ist eine Abwandlung in der Weise möglich, daß das untere Sperrventil 19 und/oder das obere Sperrventil 32 zunächst lediglich als einfacher Ventilsitz ausgeführt sind.

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Der jeweilige Ventilkörper kann in diesen Fällen von einem an sich bekannten Einwurfkörper gebildet sein, der übertage in die Spülung eingeworfen wird. Der Einwurfkörper wird sodann von der Spülung abwärts get-ragen, passiert den Direktantrieb und setzt sich auf den unteren bzw. oberen Ventilsitz auf.

Da bei einem Direktantrieb mit einem zentralen Durchlaßkanal zwei Sperrventile vorhanden sein müssen, da sonst der Arbeitsraum des Direktantriebs für eine Betätigung der Kernbohrvorrichtung 8 nicht von der Spülflüssigkeit durchströmt werden kann bzw. das untere Ventil unter dem vollen, oberhalb des Direktantriebs anstehenden Spülungsdruck stehen würde, kann als Ventilkörper für das untere Sperrventil 19 ein solcher aus einer Speichervorrichtung, wie der Speichervorrichtung 23, entnommen werden, während der übertage in die Spülung eingeworfene Einwurfkörper sich auf dem Ventilsitz des oberen Sperrventils 32 aufsetzt.

Bei im Durchmesser den unteren Ventilsitz überschreitende Ventilsitz für das obere Ventil besteht ferner die Möglichkeit, beide Sperrventile durch einen Einwurfkörper zu verschließen, wobei dann der erste Einwurfkörper der für das untere Sperrventil mit geringerem Querschnitt sein muß. Eine solche Ausführung ist baulich außerordentlich einfach und auch funktionssicher, sofern gewähr-

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leistet ist, daß das Bedienungspersonal eine bestimmte Reihenfolge der Einwurfkörper einhält. Es ist hierbei eine Zeitverzögerung zwischen dem Einwerfen des ersten und des zweiten Einwurfkörpers erforderlich, um eine eindeutige Reihenfolge und ein sicheres Absetzen zu gewährleisten. Dies ist bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf mechanischem Wege ohne Beeinflussui durch das Bedienungspersonal erreichbar.

In Fig. 9 ist zu Veranschauliehungszwecken eine Ausführungsform entsprechend Fig. 8 dargestellt, bei der für das untere Sperrventil 19 ein Einwurfkörper 65 in Form einer Ventilkugel und für das obere Sperrventil

32 ein Einwurfkörper 66 mit sich in den Ventilsitz

33 einfügendem Ventilkonus vorgesehen ist,wie er in Fig. 9 in Detailvergrößerung dargestellt ist. Im übrigen entspricht die Ausführungsform nach Fig. 9 in ihrem Aufbau unlin ihrer Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. 8.

Die in Fig. 6 bis 9 dargestellten Kernbohrvorrichtungen sind einheitlich mit Lagervorrichtungen 13 für das Kernrohr 11 dargestellt, die jedoch nicht notwendigerweise axiale Lagerkomponenten enthalten müssen, wodurch neben einer baulichen Vereinfachung auch ein einfacherer lungsübertritt aus dem Ringraum 55 (Fig.6) in den Ringraum 14 erreicht wird.

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Claims

Patentansprüche:

1. Bohrgerät zum Bohren eines Kerns in Tiefbohrlöchern, bestehend aus einem mit dem bohrlochseitigen Ende eines Rohrstranges verbindbaren, von der Bohrspülung beaufschlagten Direktantrieb und aus einer Kernbohrvorrichtung, die ein an den Rotor des Direktantriebs angeschlossenes, eine Bohrkrone tragendes Außenrohr und ein koaxial in diesem angeordnetes Kernrohr umfaßt, das mit dem Außenrohr einen Ringraum begrenzt, der Teil des axialen Strömungsweges der Bohrspülung durch das Bohrwerkzeug bildet, und das an seinem dem Direktantrieb zugewandten, inneren Ende mit einem bei Auftreten eines Druckgefälles vom Innenraum des Kernrohres zur Umgebung hin öffnenden Rückschlagventil versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (11) über einen Einlaßkanal (15) mit dem Strömungsweg der Bohrspülung verbunden und von der Bohrspülung in Richtung zur Bohrlochsohle hin durchströmbar ausgebildet ist sowie ein bei einer Betätigung diese Durchströmung des Kernrohres unterbindendes Sperrventil (19) umfaßt.

Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (11) im Einlaßkanal (15) für die Bohrspülung einen

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für diese eine Durchtrittsöffnung umgebenden Ventilsitz (20) als Teil des Sperrventils (19) aufweist, auf dem ein gesonderter, unabhängiger Ventilkörper (22) des Sperrventils absetzbar ist.

3. Bohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß.der Ventilkörper (23 des Sperrventils (19) zum Durchspülen des Kernrohres (11) außerhalb des Einlaßkanals (15) für ein Absetzen in diesem auf seinem Ventilsitz (20) nach Beendigung des Durchspülens gehalten ist.

4. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung der Bohrspülung stromaufwärts des Kernrohres (11) im Bohrgerät eine auslösbare Speichervorrichtung (23) für zumindest einen freigebbaren Ventilkörper (22) des Sperrventils (19) vorgesehen ist.

5. Bohrgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichne daß die Speichervorrichtung (23) zwischen dem Direktantrieb (1; 1 ') und dem Kernrohr (11) im Bohrgerät angeordnet ist.

6. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eintrittsöffnung zum Einlaßkanal (15) des Kernrohrs (11) in Strö-

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mungsrichtung der Bohrspülung dem Direktantrieb (1; 1') und der Speichervorrichtung (23;23') nachgeordnet ist.

7. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung (23) ein Außengehäuse mit einer Ausnehmung (24) zur Aufnahme des Ventilkörpers (22) und einen inneren, einen Verbindungskanal für die Bohrspülung umgebenden Ringkörper (25) für einen Durchtritt des Ventilkörpers bei einem Verschieben des Ringkörpers aufweist.

8. Bohrgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (25) unter Vorlast steht und als Kolbenhülse ausgebildet ist, die bei Übersteigen eines bestimmten Spülungsdruckes entgegen der Vorlast abwärts bewegbar ist.

9. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Direktantrieb (I;*!¹) einen zentralen axialen Durchlaßkanal

(29) für Bohrspülung aufweist, dessen Eintrittsöffnung

(30) stromaufwärts des Direktantriebs gelegen ist.

10. Bohrgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Durchlaßkanal (29) des Direktantriebs über eine Gelenkwelle (4) oder ein sog. Biegerohr

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od.dgl. gelenklose, verlagerbare, ein Torsionsmoment übertragende Verbindung an eine Hohlwelle (6) eines Lagerstuhls (7) des Direktantriebs (1) angeschlossen ist die ihrerseits mit der Kernbohrvorrichtung (8) in Verbindung steht.

11. Bohrgerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende des Kernrohres (11) mit einer rohrförmigen Portsetzung (46) den zentralen axialen Durchlaßkanal (29) des Direktantriebs (1) durchgreift, mit dem unteren Ende des Rohrstrangs stromauf des Direktantriebes fest verbunden ist und einen Führungskanal für eine zentrale Durchführung von Bohrspülung durch den Direktantrieb bildet.

12. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zentra! Durchlaßkanal (29) durch den Direktantrieb (1;1^f) durch ein zweites Sperrventil (32) absperrbar ist.

13. Bohrgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Sperrventil (32) seinerseits einen eine Durchtrittsöffnung für Bohrspülung umgebenden Ventilsitz (33) für einen auf diesem absetzbaren, gesonderten, unabhängigen Ventilkörper (34) aufweist.

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14. Bohrgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (34) des zweiten Sperrventils (32) von einer diesen für ein Durchspülen des Kernrohres (11) nach oben drückenden Feder (35) abgestützt ist.

15. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (52) des Direktantriebs (1¹) von dessen Außenkörper gebildet und der den Stator (51) bildende Innenkörper des Direktantriebs (1¹) an seinem oberen Ende mit dem unteren, stillstehenden Ende des Bohrrohrstranges und an seinem unteren Ende mit dem oberen Ende des Kernrohres (11) verbunden ist.

16. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts der Eintrittsöffnung des axialen Durchtrittskanals des Direktantriebs (1¹) eine auslösbare Speichervorrichtung (23·) für zwei Ventilkörper (22,34) vorgesehen ist, die beiden Ventilkörper unterschiedliche Durchmesser aufweisen und der erste, kleinere Ventilkörper (22) für das untere Sperrventil (19) und der zweite, größere Ventilkörper (34) für das obere Sperrventil (32) vorgesehen ist

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