DE3248690C2

DE3248690C2 - Drehbohranlage

Info

Publication number: DE3248690C2
Application number: DE3248690A
Authority: DE
Inventors: Jag&scaron;imurad A. Chod&scaron;akuliev; Robert A. Ismailov; Vaid A. Kerimov; Aman A&scaron;chabad Orasov
Original assignee: TURKMENSKIJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ GEOLOGORASVEDOCNYJ INSTITUT ASCHABAD SU
Current assignee: TURKMENSKIJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ GEOLOGORASVEDOCNYJ INSTITUT ASCHABAD SU
Priority date: 1982-05-11
Filing date: 1982-12-30
Publication date: 1984-11-29
Also published as: SU1105598A1; FR2526851B1; FR2526851A1; AU9116982A; JPS58195688A; JPH0223672B2; AU550578B2; DE3248690A1

Abstract

Eine Bohranlage zum Drehbohren von Bohrungen verschiedenen Durchmessers schließt ein Bohrgestänge (8) mit einem Bohrwerkzeug (9) ein. Das Bohrgestänge (8) ist mit einem Gestängewirbel (3) verbunden, der mit einer Bohrpumpe (1) und einem Verdichter zur Zirkulation der Bohrspülung in Verbindung steht. Das Bohrwerkzeug (9) ist mit zumindest zwei Erweiterungspratzen (12, 13) versehen, die an einer relativ zu den Gestängerohren exzentrischen Stütze (14) starr befestigt sind. Die Stütze (14) ist um die Gestängerohre mit Veränderung des Drehhalbmessers drehbar und für die Fixierung in zumindest zwei exzentrischen Lagen geeignet, in denen die Erweiterungspratzen (12, 13) auf verschiedene Bohrdurchmesser eingestellt werden. Hierbei ist der Gestängewirbel (3) mit besonderen Mitteln zum Umschalten von der Arbeit mit Direktspülung beim Herstellen von Bohrungen kleineren Durchmessers auf die Arbeit mit Rückspülung beim Herstellen von Bohrungen größeren Durchmessers versehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehbohranlage zur Herstellung von insbesondere zur Wasserversorgung und Drainage bestimmten Bohrungen, die ein aus einzelnen Rohrlängen gebildetes Bohrgestänge, ein vortriebsseitig an diesem angebrachtes Bohrwerkzeug und einen mit dem rückwärtigen Ende des Gestänges verbundenen Dreh-Spüibohrkopf umfaßt, der seinerseits an eine Spülpumpe und einen Spülungsverdichter angeschlossen ist, wobei das Bohrwerkzeug ein Bohrlocherweiterungsteil mit mindestens zwei auf verschiedene Bohrlochdurchmesser einstellbaren Erweiterungsflügeln aufweist, dessen Gehäuse aus zwei Stirnwänden sowie einer zwischen diesen angebrachten zylindrischen Hülse besieht.

Derartige Bohranlagen finden weite Anwendung im Bergbau und im Bauwesen, in der Land- und Melioralionswirtschaft zur Herstellung von Bohrungen unter verschiedenen hydrogeologischen Bedingungen. Die er-

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findungsgemäße Drehbohranlage eignet sich besonders Trübenablaufschlauch in einen Sumpf gelangt, wo der zur Herstellung von Bohrungen zur Wasserversorgung Bohrschlamm sich aus der Trübe absetzt tuid die Bohruiid Drainage unter solchen hydrogeologischen Bedin- spülung erneut in den Ringraum der Bohrung übergungen, die durch lockere, instabile, schwimmende Ge- strömt, der mit Sumpf in Verbindung steht. Ein Nachteil steine und eine hohe Grundwasserlagerung gekenn- s dieser bekannten Anlagen ist ihr niedriger Wirkungszeichnet sind. grad, der den Wasserstrahlpumpen eigen ist, die instabi-

Zur Erhöhung der Förderrate und Verlängerung der Ie Arbeit und das unmögliche Transportieren von grö- Betricbsdauer einer Wasserbohrung werden leistungs- Ucren Teilen des abgebohrten Gesteins sowie häufige

fähige Kiesfilter eingebaut, was wiederum die Herstel Zirkulationsunterbrechungen, die die gesamte Lei-

lung von Bohrungen großen Durchmessers voraussetzt, to stungsfähigkeit herabsetzen. u

Beim heutigen modernen Stand der Technik erfolgt Bekannt ist ferner eine Drehbohranlage mit druck-

die Herstellung von Bohrungen zur Wasserversorgung luftbewirktem Abpumpen. Die Anlagen dieses Typs sind

; und Drainage vorwiegend nach zwei Verfahren mit Di- mit einem Verdichter zur Druckluftzuführung über eine

rekt- oder mit Umkehrspülung. Bei der Direktspülung Pumpendruckleitung zum Dreh-Spülbohrkopf verse-

wird die Bohrspülung, beispielsweise unter Anwendung is hen, der über ein Führungsrohr mit dem Bohrgestänge

von Tonspülung bzw. Klarwasserspülung mit Hilfe einer verbunden ist, das mit einem Luftzuführungsrohr und

Spülpumpe durch das Bohrgestänge auf die Bohrloch- einer Mischerkammer versehen ist, der Druckluft zur

sohle gepreßt. Das abgebohrte Gestein (Bohrschlamm) Belüftung der Flüssigkeitssäule im Bohrgestänge zuge-

wird mit Hilfe der Bohrspülung als Trübe d'irch den führt wird, wobei dank der Druckdifferenz im Innen-

Ringraum der Bohrung an die Oberfläche gefördert, 20 raum der Gestängerohre und im Ringraum das Steigen

wobei die Tonspülung und der Bohrschlamm in die Po- der Trübe an die Oberfläche durch den Spülkopf in den

ren der Bohrlochwände eindringen und hierdurch die Sumpf erfolgt, während die Bohrspüle aus diesem in den

wasserführenden Schichten kolmatieren können. Nach Ringraum fließt. Bei der Anwendung dieses Luft-Hebe-

dem Beenden des Bohrens und des Ausbaus dieser Boh- Verfahrens mit Umkehrspülung werden die ersten 9 bis

rungen ist ein längeres Auspumpen zur Bohrlochspü- 25 12 Bohrungen mit Hilfe von anderen Systemen des Trü-

lung und zur Reinigung der wasserführenden Schichten benabpumpens gebohrt, beispielsweise mit Hilfe von

vom Kolmatationsmittel erforderlich. Wasserstrahlpumpen oder eines Vakuumsaug-Ab-

Das Anwendungsgebiet des Verfahrens mit Direkt- pumpsystems sowie durch Bohren mit Schnecken von spülung ist durch die Möglichkeiten der Pumpausrü- größeren Durchmessern in stabilen Gesteinen,
stungen begrenzt, außerdem nimmt die Geschwindig- 30 Ein gemeinsamer Nachteil der bekannten Bohranlakeit der Trübenzirkulation im Ringraum mit größer gen ist ihr beschränkter Einsatz unter verschiedenen werdenden Bohrlochdurchmessern ab, und es ist eine hydrogeologischen Bedingungen und ihre notwendige mehrfache Zerkleinerung des abgebohrten Gesteins er- Komplettierung mit einer Vielzahl von Bohrwerkzeuforderlich, da größere Schlammteilchen bei den niedri- gen verschiedener Typen und Abmessungen, wobei das gen Geschwindigkeiten der Trübenförderung unmög- 35 Auswechseln einen beträchtlichen Arbeits- und Zeitauflich von der Bohrlochsohle zur Oberfläche gefördert wand infolge der Durchführung von Ein- und Ausbauarwerden können. beiten zum A uswechseln der Bohrwerkzeuge erfordert.

Beim Bohren mit Umkehrspülung ist der Bohrloch- Aus der DE-AS 21 57 314 ist eine an einem Bohrrohr* durchmesser praktisch nicht begrenzt, weil das abge- strang befestigte Exzenterbohrkrone bekannt, die einen bohrte Gestein in Form von großen Stücken und 40 zum Bohrstrang zentrischen und einen zum Bohrstrang Schlamm durch die Gestängerohrc transportiert wird, in eine exzentrische Endlage verschwenkbaren Schneidderen Durchmesser beträchtlich kleiner als der Bohr- teil in Form einer Hülse aufweist. Hierdurch können lochdurchmesser ist. Jedoch ist das Anwendungsgebiet ohne Wechsel des Bohrwerkzeugs Bohrlocherweiterunder Umkehrspülung durch hydrogeologische Bedingen gen durchgeführt werden.

beschränkt, denn dieses Verfahren ist nicht anwendbar 45 Aus der US-PS 37 57 876 ist eine Drehbohranlage

in lockeren, instabilen Gesteinen mit hoher Grundwas- bekannt, mit der am Ende des Abteufens eine Bohrung

serlagerung. Unter diesen Bedingungen ist die Schaf- durch ausschwenkbare Erweiterungsflügel eine koni-

fung eines auf die Bohrlochwände wirkenden hydrosta- sehe Erweiterung hergestellt werden kann. Die Erweite-

tischen Überdrucks während des Bohrvorgangs von rungsflügel schwenken bei einem Wechsel des Dreh-

nicht weniger als 03 atü erforderlich, was jegliche Korn- 50 sinns aus bzw. ein.

plikationen vermeiden läßt. Der Erfindung liegt den gattungsgleichen Drehbohr-

Bekannt sind Drehbohranlagen zur Herstellung von anlagen gegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Dreh-

zur Wasserversorgung und Drainage bestimmten Boh- bohranlage zu schaffen, die ein effektives Bohren beim

rungen, die eine Spülpumpe, einen Drehspülbolirkopf Herstellen von Bohrungen mit stellenweisen Erweite-

mit einem Führungsrohr und einem vertikalen Bohrge- 55 rungen des Bohrlochs unter Verwendung der Direkt-

stänge, der mit der Spülpumpe verbunden ist, sowie ein spülung zur Befestigung der Bohrlochwände in der

Bohrwerkzeug aufweisen. Zur Umkehrspülung ist bei Bohrlochmundzone und zur Erhöhung des hydrostati-

den bekannten Bohranlagen in der Konstruktion des sehen Druckes auf die Bohrlochwände beim Bohren in

Führungsrohres, des Bohrgestänges oder auf der Platt- unproduktiven und instabilen Gesteinen und der Um-

form der Bohranlage eine Wasserstrahlpumpe angeord- 60 kehrspülung beim Bohren in wasserführenden Schich-

net, die mit einer Zuführungsleitung verbunden ist. In ten ohne Ausbau des Bohrwerkzeuges gewährleistet,

diesen bekannten Bohranlagen wird die Bohrspülung Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merk-

durch den Spülkopf und die Zuführungsleitung an die malen des Anspruchs 1 gelöst. Die Ausführung der

Wasserstrahlpumpe und aus dieser in die Gestängeroh- Drehbohranlage gestattet es, den Wirkungsgrad und die

re in Form von einzelnen Strahlen oder eines ununter- 65 Leistung der Drehbohranlage um das 1,3- bis 1,5fache zu

brochenen Ringstrahls gepreßt, wobei dank dem ent- erhöhen und Bohrungen unter komplizierten hydrogeo-

standenen Unterdruck die Trübe an die Oberfläche logischen Bedingungen zu gewährleisten,

steigt und über das Bohrgestänge, den Spülkopf, den Eine vorzugsweise Ausgestaltung einer Drehbohran-

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lage, in der der Spülkopf mit der Spülmenge über einen ßenfläche des Feststellers der Stoppvorrichtung eine

Druckstutzen in Verbindung steht und mit einem Ab- Nut ausgeführt ist, in welche der ringförmige Vorsprung

laufstutzen versehen ist, besteht darin, daß der Spülkopf eingreift, wobei das Verteilungsventil in der Stoppvor-

mit einem Ventil versehen ist, das in Gestalt eines Zylin- richtung angeordnet und mit dem Feststeller auf eine >

ders mit einem in dessen Innerem angeordneten Kolben ■> solche Weise verbunden ist, daß bei der Berührung ei-

ausgeführt und mit dem Druckstutzen sowie mit dem nes der Vorsprünge durch den Feststeller das Vertei-

Ablaufstutzen verbunden ist, wobei im Zylindergehäuse lungsventil die Druckluftzuführung durch das Gehäuse Schlitze vorgesehen sind, die im Wechsel von Kolben in des Erweiterungsteils zum Ringraum und bei der Berüh-

dessen zwei Endlagen abdeckbar sind, von denen er die rung des anderen Vorsprungs die Druckluftzuführung

eine beim Bohren mit DirektspUlung, wobei der Druck- io zum Innenraum der Gestängerohre leitet. Diese Blok-

stutzen über den Zylinder und den Spülkopf mit dem kierung des Verteilungsventils erhöht die Zuverlässig-

Bohrgestange in Verbindung steht, und die andere Lage keit der Kontrolle über den Bohrdurchmesser und die

beim Bohren mit Umkehrspülung einnimmt, wobei das Zirkulationsweise der Bohrspülung. '

Bohrgestänge über den Spülkopf und den Zylinder mit Einzelheiten der Erfindung werden in der der nachfol-

dem Ablaufstutzen in Verbindung steht. Die Ausfüh- ;s gcnd eingehenden Beschreibung von konkreten Aus- v~

rung des Spülkopfes gewährleistet das automatische führungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme ■

Umschalten des Bohrwerkzeugs von der Arbeit unter auf Zeichnungen erläutert. Es zeigt Direktspülung auf die Arbeit unter Umkehrspülung und F i g. 1 eine Gesamtansicht einer Bohranlage gemäß

umgekehrt. der Erfindung;

Vorzugsweise ist das Bohrwerkzeug mit drei Erweite- 20 Fig. 2 eine Gesamtansicht eines Bohrwerkzeugs im

rungsflügeln versehen, die im wesentlichen den gleichen Längsschnitt;

Abstand voneinander haben und von denen der cine F i g. 3 einen Gestängewirbel mit teilweisem Schnitt,

zumindest um den Exzentrizitätsbetrag radial breiter als ausgeführt gemäß der Erfindung mit einem Innenventil;

die zwei anderen ausgeführt ist, wobei die zylindrische F i g. 4 ein Ventil außen am Gestängeteil befestigt;

Stütze in ihren beiden Endlagen dadurch fixierbar ist, 2s F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der F i g. 2.

daß der breiteste Erweiterungsflügel auf einer Linie mit Die erfindungsgemäße Bohranlage schließt eine

dem größten Drehhalbmesser des Gehäuses des Bohr- Bohrpumpe 1 (Fig. 1), einen Verdichter 2, einen Ge-

locherweiterungsteils zu liegen kommt. Dies gewährlei- stängewirbel (Verbinder) 3 ein, der mit der Pumpe 1 und

stet den optimalen Betrieb der Erweiterungsflügel. dem Verdichter 2 durch Druckstutzen 4, 5 und 5' ver- <

Vorzugsweise ist zur Fixierung der zylindrischen 30 bunden ist. Der Gestängewirbel 3 ist mit einem Füh-Stütze in deren Innerem eine Stoppvorrichtung ange- rungsrohr 6 verbunden, und das Führungsrohr ist in ordnet die mit den Gestängerohren starr verbunden ist, einem Drehorgan 7 angeordnet und mit einem Bohrge- und einen abgefederten Feststeller besitzt, wobei die stange 8 verbunden. An das Bohrgestänge 8 ist ein Bohrinnenfläche der zylindrischen Stütze in Gestalt eines werkzeug 9 angeschlossen. Das Bohrgestänge 8 ist mit Sperrads mit zumindest zwei Anschlägen ausgeführt ist, 35 einem Luftzuführungsrohr 10 versehen, die diametral entgegengesetzt liegen, gegen die jeweils Das Bohrwerkzeug 9 ist mit einem Vorbohrer 11 und der Feststeller anlegbar ist und von denen der eine der mit zumindest zwei Erweiterungspratzen 12,13 verse-Anschläge im wesentlichen auf einer Linie mit dem brei- hen, die an einer zylindrischen Stütze 14 (F i g. 2) starr testen Erweiterungsflügel liegt Diese Konstruktion ge- befestigt sind, die exzentrisch um Gestängerohre 15,15' währleistet eine zuverlässige Fixierung der Erweite- 40 drehbar in Stütznuten 16 angeordnet sind, die in Führungsflügel in optimalen Lagen, rungsstirnwänden 17, 17' ausgeführt sind, die an den

Bei einer Drehbohranlage, in der das Bohrgestänge Gestängerohren i5_: 15' mit einer Exzentrizität relativ

mit einem Luftzuführungsrohr versehen ist, das an dem zur Drehachse der Gestängerohre starr befestigt sind,

einen Ende über den Spülkopf mit dem Verdichter und Die Erweiterungspratzen können mit schneidenden,

an dem anderen Ende mit einer Kammer zur Vermi- 45 rollenmeißelartigen bzw. anders gebauten Arbeitsele-

schung der Spülung mit Druckluft in Verbindung steht, menten unterschiedlicher Abmessungen versehen sein,

ist vorzugsweise die Mischkammer im Innern des Ge- Die Befestigung der Erweitcrungspratzen an der zy-

häuses des Erweiterungsteils ausgeführt und mit dem lindrischen Stütze kann abnehmbar ausgeführt sein.

Innenraum der Gestängerohre in Verbindung, wobei Die zylindrische Stütze 14 bildet gemeinsam mit den

das Luftzuführungsrohr zusätzlich mit dem Innenraum 50 Führungstirnwänden 17 ein Gehäuse eines Bohrlocher-

des Gehäuses in Verbindung geseiti und dieser niii ei- weiterer» JS.

nem Verteilungsventil versehen ist das bei Direktspü- Der Gestängewirbel 3 ist in einer der Ausführungs-

lung das Luftzuführungsrohr mit dem Innenraum des formen mit einem Ablaufstutzen 19 (Fig.3) und einem

Gehäuses zur Zuführung von Druckluft zum Ringraum Ventil 20 versehen, das sich im Innern des Gestängewir-

und bei Umkehrspülung das Luftzuführungsrohr mit der 55 bels 3 befindet Das Ventil 20 ist in Gestalt eines Zylin-

Mischkammer zur Zuführung von Druckluft zum Innen- ders 21 mit einem Kolben 22 ausgeführt Im Zylinder 21

raum der Gestängerohre in Verbindung setzt Dies ge- sind Schlitze 23 und 24 zur Verbindung des Ventils 20 _i

währleistet die Kontrolle über die Zirkulationsweise der mit dem Innenraum des Gestängewirbels 3 und mit dem ''

Bohrspülung und den Bohrdurchmesser und gestattet Innenraum des Ablaufstutzens 19 vorgesehen. Das Ven- ρ

es, während des Bohrens die Spülverfahren zu wechseln μ til 20 ist mit einem Deckel 25 und einer Feder 26 verse- :

und den Bohrdurchmesser unter Gewährleistung eines hen. Unter der Einwirkung der Feder 26 wird der KoI- ,^

Nebeneffektes in Form der Trübenbelüftung im Ring- ben 22 in der oberen Endlage festgehalten, bei der der f

raum bei der Direktspülung zu kontrollieren. Innenraum des Gestängewirbels 3 mit dem Innenraum j-

Vorzugsweise ist an der Innenfläche der zylindrischen des Ablaufstutzens 19 über die Schlitze 23 und 24 in Stütze ein ringförmiger Vorsprung ausgeführt, der zu- μ Verbindung steht i

mindest zwei aneinandergrenzende Abschnitte ver- Bei der Zuführung der Bohrspülung von der Pumpe 1 ;

schiedener radialer Höhe besitzt an deren Grenzstelle über den Druckstutzen 4 zum Innenraum des Ventils 20 J

die Anschläge angeordnet sind, und an der radialen Au- über dem Kolben 22 verschiebt sich der Kolben 22 in die J|

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untere Endlage, bei der der Schlitz 24 abgedeckt ist und auf, und der Feststeller 42 ist mit einer äußeren Ausdre-

der Innenraum des Ventils 20 über den Schlitz 23 mit hung 46 ausgeführt.

dem Gestängewirbel 3 und dem Bohrgestänge 8 in Vcr- Das Gehäuse 43 der Stoppvorrichtung ist mit dem

bindung steht. Luftzuführungsrohr 10 des Bohrgestänges 8 über einen

In einer weiteren Variante der Ventilanordnung 5 Stutzen 47 und einen Kasten 48 in Verbindung gesetzt,

(F i g. 4) ist ein Ventil 27 außen am Gehäuse des Gestän- der am Gehäuse und an der Führungsstirnwand 17 starr

gewirbcls 3 befestigt und besitzt einen Zylinder 28 mit befestigt ist.

einem Kolben 29 und Schlitzen 30,31, einem Ablaufstut- In der Seitenwand des Mischers ist eine Bohrung 49

zen 32 und einem abgefederten Rückschlagventil 33, das zur Verbindung der Mischkammer 38 mit dem Luftzu-

im Kolben 29 angeordnet ist. 10 führungsrohr 10 über den Stutzen 47, den Kasten 48 und

Die Ausführungsform, bei der der Gestängewirbel 3 die Bohrung 44 im Gehäuse 43 ausgeführt, mit einem Ventil 20 bei Innenanordnung und einem Die Gestängerohre 15, 15' bilden mit ihren inneren Ventil 27 bei der Befestigung des Ventils außen am Ge- Kingabschnitten gemeinsam einen Ringejektor 50. stängewirbel versehen ist, gewährleistet das Umschal- Im Innern des Feststellers 42 ist ein Verteilungsventil ten des Gestängewirbels auf verschiedene Betriebsar- 15 51 untergebracht, das in Gestalt eines hohlen Kolbens ten — Direkt- und Rückspülung — gleichzeitig mit Ein- ausgeführt ist, der zusammen mit dem Feststeller 42 bzw. Abschalten der Bohrpumpe 1, was seinerseits un- durch eine Feder abgefedert ist. Das Verteilungsventil produktiven Aufwand für HilfsOperationen des Um- 51 dient zur Verbindung des Stutzens 47 mit der Mischschaltens der Ausrüstungen auf verschiedene Zirkula- kammer 38, dem Ejektor 50 über den Kasten 48, die tionsweisen der Bohrspülung ausschließt. 20 Bohrung 44, den Innenraum des Gehäuses 43 und die

In einer weiteren Ausführungsform ist das Bohrwerk- Bohrung 49 sowie zur Verbindung des Stutzens 47 über zeug (F i g. 5) mit drei Erweiterungspratzen 34, 35, 35' den Kasten 48, die Bohrung 44, die Ausdrehung 46, die versehen von denen, die eine /34/ zumindest um den Bohrung 45 mit dem Innenraum des Bohrlocherweite-Exzentrizitätsbetrag des Gehäuses des Bohrlocherwei- rers 18, und von diesem aus über Bohrungen 52, die in terers 18 größer als die beiden anderen /35, 357 ist, 2s der oberen Führungsstirnwand 17 ausgeführt sind, mit wobei sie praktisch gleich entfernt voneinander an einer der Atmosphäre.

zylindrischen Stütze angebracht sind, was eine vollkom- Die zylindrische Stütze 14 der Erweiterungspratzen

mene Ausnutzung der Exzentrizität des Gehäuses des ist an ihrer Innenfläche mit einem ringförmigen Vor-

Bohrlocherweiterers 18 ermöglicht und eine Erhöhung sprung versehen, der zumindest zwei aneinandergren-

des Bohrlochdurchmessers von einer kleineren auf eine 30 zende Abschnitte 53, 54 verschiedener Höhe aufweist

größere Größe um den Exzentrizitätsbetrag bei der Be- Die Grenzstellen der Abschnitte 53, 54 fallen mit der

dingung gewährleistet daß die größte Erweiterungs- Anordnung der Anschläge 36,37 zusammen, die eben-

pratze 34 in einer Lage auf einer Linie mit dem kleinsten falls mit verschiedener Höhe ausgeführt sind, und der

Drehhalbmesser der Führungsstirnwände 17 fixiert Anschlag 36 der kleinsten Höhe liegt im ringförmigen

wird, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist was dem kleinsten 35 Endteil des Abschnitts 53 mit der größten Höhe, wäh-

Durchmesser des Bohrlocherweiterers 18 entspricht, rend der Anschlag 37 der größten Höhe (Fig.5) im

während sie in einer anderen Lage auf einer Linie mit Endteil des Abschnitts des Vorsprungs 54 mit der klein-

dem größten Drehhalbmesser des Gehäuses des Bohr- sten Höhe angeordnet ist.

locherweiterers 18 fixiert wird, was dem größten Durch- Diese Anordnung und Ausführung der Anschläge und

messer des Bohrlocherweiterers entspricht. 40 Vorsprünge gestattet es, die Lagen des Verteilungsven-

Die Bedingung der Übereinstimmung der größten Er- tils durch eine Nut 55 zu blockieren, die an der Außen-

wetterungspraize mit den Linien des kleinsten und des fläche des Feststellers 42 ausgeführt ist.

größten Drehhalbmesscrs des Gehäuses des Bohrio- Die Bohrungen für die Wasserversorgung und Drai-

cherweiterers 18 wird durch die jeweilige Fixierung der nage werden meist mit einer Tiefe von nicht mehr als

zylindrischen Stütze 14 der Erweiterungspratzen erfüllt, 45 100 m gebohrt, in den Fällen, da eine Erweiterung des

deren Innenfläche in Gestalt eines Sperrads mit zumin- Bohrlochprofils unterhalb 100 m erforderlich ist, ge-

dest zwei Anschlägen 36 und 37 (F i g. 5) ausgeführt ist. schicht die Kontrolle über die Einstellung der Erweite-

die diametral entgegengesetzt zueinander liegen, wobei rungspratzen auf den größten Durchmesser mit Hilfe

einer der Anschläge /36/ vor der größten Erweiterungs- eines zusätzlichen Stutzens 5'.

pratze 34 angeordnet ist 50 Hierzu werden die oberen Sektionen des Bohrgestän-

Im Innern des Gehäuses des Bohrlocherweiterers 18 ges 8 mit Doppelrohren 10 versehen und es wird in das ist eine Mischkammer 38 (F i g. 2) angeordnet, die von Bohrgestänge ein zusätzlicher Mischer einmontiert, der einer Seitenwand 39 des Mischers, den Gestängerohren mit dem Gestängewirbel 3 in Verbindung steht der über 15 und den Führungsstirnwänden 17,17' gebildet ist an den zusätzlichen Stutzen 5' mit dem Verdichter 2 verdenen die Seitewand 39 befestigt ist und zwar beispiels- 55 bunden ist Der Stutzen 5 ist mit der Bohrpumpe 1 verweise an der oberen Führungsstirnwand 17 starr unlös- bunden.

bar, an der unteren Führungstirnwand 17' aber mittels Die Kontrolle über den Bohrdurchmesser erfolgt

einer Schraubenverbindung 40, was den Abbau des Mi- durch Zuführung der Bohrspülung über das Luftzufüh-

schers und des Gehäuses des Bohrlocherweiterers 18 rungsrohr 10 zum Stutzen 47 und aus diesem ins Innere

ermöglicht sowie die Regelungsmöglichkeit der Beweg- 60 des Bohrgestänges 8 Ober die Mischkammer 38 und den

Iichkeit der zylindrischen Stütze 14 in den Stütznuten 16 Ejektor 50 und aus dem Bohrgestänge 8 auf die Oberflä-

dank Regeleinlagen ermöglicht die an Stelle der ehe, wodurch die Rückspülung wiederaufgenommen

Schraubverbindung 40 angebracht sind. wird, was dem größeren Durchmesser des Bohrwerk- Im Innern des Gehäuses des Bohrlocherweiterers 18 zcugs entspricht oder die Bohrspülung wird in den In-

ist an der Seitenwand des Mischers 39 eine Stoppvor- 65 nenraum des Gehäuses des Bohrlocherweiterers 18

richtung 41 starr befestigt die einen abgefederten Fest- aber den Stutzen 47, die Bohrung 44, die Ausdrehung 46,

steller 42 besitzt der in einem Gehäuse 43 unterge- die Bohrung 45, und dann aus dem Gehäuse des Bohrlo-

bracht ist Das Gehiuse 43 weist Bohrungen 44 und 45 cherweiterers 18 über die Bohrung 52 in den Ringraum,

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d. h. auf die Oberfläche über den Ringraum gepreßt, Erreicht die Belüftung ihr Ziel nicht, kann zur Rückspüwodurch die Direktspülung wiederaufgenommen wird. lung übergegangen werden, wozu man ein kurzzeitiges was dem kleineren Durchmesser des Bohrwerkzeugs Einschalten der Drehung des Bohrwerkzeugs in der linentspricht. ken Rückwärtsrichtung veranlaßt. Die Arbeit der Bohranlage besteht in folgendem. 5 Hierbei werden die Erweiterungspratzen 34, 35, 35' Die Bohranlage wird auf die Bohrstelle gebracht, und innerhalb von I bis 1,5 Umdrehungen dank dem Wideres findet die Montage der Bohranlage statt, die das He- stand an der Bohrlochsohle und an den Bohrlochwänben des Anlagenmastes, das Einsetzen des Führungs- den auf den größten Durchmesser eingestellt, im Aurohrs in das Rotor-Drehorgan, die Befestigung am F-'üh- genblick des Übergangs auf den größten Durchmesser rungsrohr 6 des Bohrwerkzeugs 9 umfaßt, das in der in geht das Verteilungsventil 51 zusammen mit dem Fest-Lage der Erweiterungspratzen 34,35,35' eingestellt ist, steller, indem es mit dem Abschnitt 53 des ringförmigen die dem kleinsten Durchmesser des Bohrwerkzeugs 9 Abschnitts über die Nut 55 zusammenwirkt, auf den entspricht. Das Bohrwerkzeug 9 wird in eine im voraus Abschnitt 54 mit dem Vorsprung geringerer Höhe über, ausgehobene Vertiefung eingeführt, die mit einem eben- Zu diesem Zeitpunkt nimmt das Verteilungsventil 51 falls im voraus ausgehobenen Sumpf in Verbindung 15 unter der Federeinwirkung die andere Lage ein, die der steht, der mit einer Bohrspülung (Klarwasserspülung) Absperrung des Innenraums des Gehäuses des Bohrlogefülltist cherweiterers 18 vom Ringraum und der Verbindung Nach dem Einführen des Bohrwerkzeugs 9 in die er- des Luftzuführungsrohrs 10 mit der Mischkammer sowähnte Vertiefung wird die Bohrpumpe 1 eingeschaltet, wie der Anregung des luftbewirkten Rückumlaufs der deren Saugschlauch in den Sumpf mit der Klarwasser- 20 Trübe entspricht.

spülung getaucht ist, wobei die Bohrspülung aus dem Nach der Reinigung der Sohle, die innerhalb einer

Sumpf über die Pumpe 1 und den Druckstutzen 4 des kurzen Zeit erfolgt, wird erneut die linke Drehung des Ventils 20 (bzw. 27) gepreßt wird, und die Direktspülung Bohrwerkzeugs eingeschaltet, bei der die Erweiterungs-

beginnt pratzen erneut ihre Ausgangsstellung einnehmen wer-

Nach dem Anschluß der Direktspülung wird die Dre- 25 den; deren Kontrolle kann durch Unterbindung der

hung des Bohrwerkzeugs eingeschaltet, und es beginnt Rückspülung und am Austritt von Luftblasen im Ring-

das Bohren des Mundteils einer Bohrung 56 geringen raum vorgenommen werden.

Durchmessers, wobei die Bohrspülung, die im Ringraum Diese Kontrollmerkmale besagen, daß das Bohrwerk-

hochsteigt, den Bohrschlamm austrägt, der bei seiner zeug erneut auf den kleinen Bohrdurchmesser einge-

Beförderung nach oben von der Bohrlochsohle aus in 30 stellt worden ist.

die Bohrlochwände teilweise eindringt und unprodukti- Bei der notwendig werdenden Überführung des

ve Gesteinsschichten kolmatiert Bohrwerkzeugs 9 auf den größten Durchmesser wird

Der Bohrschlamm wird zusammen mit der Bohrspü- der Verdichter 2 eingeschaltet, die Pumpe 1 abgestellt,

lung als Trübe auf die Oberfläche ausgetragen und dem wonach durch Drehung des Bohrwerkzeugs 9 in der

Sumpf zugeleitet, in dem der Bohrschlamm als Nieder- 35 Linksrichtung auf den größten Durchmesser eingestellt

schlag ausfällt, während die Bohrspülung über die Bohr- wird, der durch den Rücklauf der Bohrspülung ange-

pumpe 1 und den Gestängewirbel 3 erneut dem Bohrge- zeigt wird. In dieser Zeit passiert der Feststeller 42 den

stange 8 zugeführt und aus diesem als Trübe auf die Anschlag 36, wobei er dank dem Kontakt seiner Außen-

Oberfläche gefördert wird, wobei das Ventil 20 (bzw. 27) fläche mit der Führungsfläche des Anschlags 36 abgeden Druckstutzen 4 über die Schlitze 23 bzw. 30 mit dem 40 drückt wird.

Gestängewirbel 3 verbindet. Durch Drehung zurück in Rechtsrichtung wird das Der Prozeß des Drehbohrens einer Bohrung geringen Bohren des wasserführenden Teils der Bohrung 57 grö- Durchmessers unter Direktspülung wird bis zum was- ßeren Durchmessers eingeleitet,

serführenden Horizont fortgesetzt, wo die Erweite- Während der Rückspülung gelangt die Bohrspülung rungspratzen 34, 35, 35' auf den größten Durchmesser 45 aus dem Sumpf in die Bohrung und aus dieser über das

umgestellt werden müssen. Bohrgeslänge 8 und den Gestängewirbel 3 als Trübe

Beim Bohren des Mundteils 56 der Bohrung mit dem über den Schlauch 58 in den Sumpf. Bohrwerkzeug 9 geringen Durchmessers läßt sich bei Hierbei setzt das Ventil 20 (bzw. 27) den Gestänge-Bedarf eine Rückspülung durchführen. Diese Operation wirbel 3 mit dem Ablaufstutzen 19 (bzw. 32) in Verbinwird beim Bohren in zähen und dichten Gesteinen zur 50 dung.

Vermeidung oder Abwendung der Entstehung von Soll wiederum eine Bohrung kleineren Durchmessers Schiammstopfen und zur Reinigung der Bohrlochsohle hergestellt werden, so wiederholt man die Operationen

von Schlamm durch kurzzeitige Einschaltungen der der Umstellung des Bohrwerkzeugs auf den kleinen

Rückspülung bei nichtrotierendem Bohrwerkzeug Durchmesser.

durchgeführt Hierzu wird der Verdichter 2 gestartet, 55 Nach dem abgeschlossenen Bohren wird das Bohr-

von dem die Druckluft zum Gestängewirbel 3 zugeführt werkzeug aus dem Bohrloch ausgebaut, und wenn die

wird, während die Bohrpumpe 1 und das Rotor-Drehor- bohrlochsohlennahe Zone mit einer Erweiterung ge-

gan 7 abgeschaltet sind. Aus dem Gestängewirbel 3 wird bohrt wurde, so werden die Erweiterungspratzen 34,35,

die Druckluft fiber das Luftzuführungsrohr 10 und den 35' zunächst durch Linksdrehung auf den kleinen Stutzen 47 dem Kasten 48 zugeleitet, und aus dem Ka- w> Durchmesser vor dem Ausbau des Bohrwerkzeugs und

sten 48 gelangt die Druckluft über die Bohrung 44 im Heraufholen desselben von der Bohrlochsohle umge-

Gehäuse der Stoppvorrichtung 41, die Ausdrehung 46 stellt

und die Bohrung 45 in den Innenraum des Gehäuses des Das Bohren des Mundteils der Bohrung mit dem

Bohrlocherweiterers 18 und aus diesem über die Boh- Bohrwerkzeug kleinen Durchmessers und mit der Dining 52 in den Ringraum. 65 rektspülung gewährleistet die Vermeidung des Einstür-

Die Druckluft belüftet indem sie in den Ringraum zens des Bohrlochmundes dank dem zunehmenden I

austritt die Trübe und kann zur Reinigung der Bohr- Überdruck im Ringraum und der Befestigung der Bohr- I

lochsohle vom abgebohrten Bohrschlamm beitragen. lochwände durch Tonleilchen des abgebohrten Ge- I

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steins und Bohrschlammteilchen, die in die Gesteinsrisse und -poren während des Bohrens eindringen.

Mit dem Bohrwerkzeug kleinen Durchmessers und mit der Direktspülung und deren Mundteil gebohrt.

Das automatische Überführen der Bohranlage vom Betriebszustand mit Direktspülung zum Betrieb mit Rückspülung gestattet es, das Anwendungsgebiet jeder Betriebsart in Gestalt eines kombinierten Verfahrens unter Nutzung von positiven Faktoren und günstigen Kennwerten jeder Betriebsart für ein bestimmtes Bohrungsintervall zu erweitern. Beispielsweise werden unproduktive Profile mit einem Bohrwerkzeug kleinen Durchmessers gebohrt, was eine Steigerung der Bohrleitung und eine Senkung der Bohrkosten ermöglicht, während produktive Schichten mit einem Bohrwerk- r> zeug großen Durchmessers und mit indirekter Zirkulation der Bohrspülung gebohrt werden, was die Förderrate der Bohrung erhöht und die Verklebung ihrer Wände durch die Tonspülung in der Zone der produktiven Schichten ausschließt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Drehbohranlage zur Hersteilung von insbesondere zur Wasserversorgung und Drainage bestimm- s ten Bohrungen, die ein aus einzelnen Rohrlängen gebildetes Bohrgestänge (8), ein vortriebsseitig an diesem angebrachtes Bohrwerkzeug (9) und einen mit dem rückwärtigen Ende des Gestänges (8) verbundenen Dreh-Spülbohrkopf (3) umfaßt, der seinerseits an eine Spülpumpe (1) und einen Spülungsverdichter (2) angeschlossen ist, wobei das Bohrwerkzeug (9) ein Bohrlocherweiterungsteil (18) mit mindestens zwei auf verschiedene Bohrlochdurchmesser einstellbaren Erweiterungsflügeln (12, 13) aufweist, dessen Gehäuse aus zwei Stirnwänden (17, 17') sowie einer zwischen diesen angebrachten zylindrischen Hülse(14)besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwände (17, 17') des Gehäuses starr und exzentrisch am Gestänge (IS, 15') befestigt sind und die zwischen den Stirnwänden (17, 17') angebrachte sowie gleichfalls exzentrisch, jedoch drehbar um die Gestängerohre (15,15') angeordnete zylindrische Hülse als Stütze (14) für die Erweiterungsflügel (12, 13) ausgebildet ist, die in 2s mindestens zwei Drehlagen bezüglich der Gestängerohre (15,15') festlegbar ist, und daß der Spülkopf

(3) mit Einrichtungen versehen ist, durch welche die Bohranlage ohne Ausbau des Bohrwerkzeugs (9) von Direkt- auf Umkehrspülung umstellbar ist.

2. Drehbohranlage nach Anspruch 1, in der der Spülkopf (3) mit der Spülpumpe (1) über einen Druckstutzen (4) in Verbindung steht und mit einem Ablaufstutzen (19,32) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülkopf (3) mit einem Ventil (20,

27) versehen ist, das in Gestalt eines Zylinders (21,

28) mit einem in dessen Innerem angeordneten Kolben (22, 29) ausgeführt und mit dem Druckstutzen

(4) sowie mit dem Ablaufstutzen (19,32) verbunden ist, wobei im Zylindergehäuse Schlitze (23,24; 30,31) vorgesehen sind, die im Wechsel vom Kolben (22,

29) in dessen zwei Endlagen abdeckbar sind, von denen er die eine beim Bohren mit Direktspülung, wobei der Druckstutzen (4) über den Zylinder (21, 28) und den Spülkopf (3) mit dem Bohrgestänge (8) in Verbindung steht, und die andere Lage beim Bohren mit Umkehrspülung einnimmt, wobei das Bohrgestänge (8) über den Spülkopf (3) und den Zylinder (21, 28) mit dem Ablaufstutzen (19, 32) in Verbindung steht. so

3. Drehbohranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrwerkzeug (9) mit drei Erweiterungsflügeln (34, 35, 35') versehen ist, die im wesentlichen den gleichen Abstand voneinander haben und von denen der eine zumindest um den Exzentrizitätsbetrag radial breiter als die zwei anderen ausgeführt ist, wobei die zylindrische Stütze (14) in ihren beiden Endlagen dadurch fixierbar ist, daß der breiteste ErweiterungsflUgcl (34) auf einer Linie mit dem kleinsten bzw. auf einer Linie mit dem größten Drehhalbmesser des Gehäuses des Bohrlocherweiterungsteils (18) zu liegen kommt.

4. Drehbohranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung der zylindrischen Stütze (14) in deren Innerem eine Stoppvorrichtung ei (41) angeordnet ist, die mit den Gestängerohren (15, 15') starr verbunden ist und einen abgefcdcrien Feststellter (42) besitzt, wobei die Innenfläche der zylindrischen Stütze in Gestalt eines Sperrades mil zumindest zwei Anschlägen (36, 37) ausgeführt ist, die diametral entgegengesetzt Hegen, gegen die jeweils der Feststeller (42) anlcgbar ist und von denen der eine der Anschläge (36) im wesentlichen auf einer Linie mit dem breitesten Erweiterungsflügel (34) liegt

5. Drehbohranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der das Bohrgestänge (8) mit einem Luftzuführungsrohr (10) versehen ist, das an dem einen Ende über den Spülkopf (3) mit dem Verdichter (2) und an dem anderen Ende mit einer Kammer (38) zur Vermischung der Spülung mit Druckluft in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (38) im Innern des Gehäuses des Erweiterungsteils (18) ausgeführt ist und mit dem Innenraum der Gestängerohrc (15,15') in Verbindung steht, wobei das Luftzuführungsrohr (10) zusätzlich mit dem Innenraum des Gehäuses in Verbindung gesetzt und dieser mit einem Verteilungsventil (51) versehen ist, das bei Direktspülung das Luftzuführungsrohr (10) mit dem Innenraum des Gehäuses zur Zuführung von Druckluft zum Ringraum und bei Umkehrspülung das Luftzuführungsrohr (10) mit der Mischkammer (38) zur Zuführung von Druckluft zum Innenraum der Gestängerohre (J5,15') in Verbindung setzt

6. Drehbohranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenfläche der zylindrischen Stütze (14) ein ringförmiger Vorsprung ausgeführt ist, der zumindest zwei aneinandergrenzende Abschnitte (53,54) verschiedener radialer Höhe besitzt, an deren Grenzstelle die Anschläge (36, 37) angeordnet sind, und daß an der radialen Außenfläche des Feststellers (42) der Stoppvorrichtung (41) eine Nut (55) ausgeführt ist, in welche der ringförmige Vorsprung (53, 54) eingreift, wobei das Verteilungsventil (51) in der Stoppvorrichtung (41) angeordnet und mit dem Feststeller (42) auf eine solche Weise verbunden ist, daß bei der Berührung eines der Vorsprünge (53) durch den Feststeller (42) das Verteilungsventil (51) die Druckluftzuführung durch das Gehäuse des Erweiterungsteils (18) zum Ringraum und bei der Berührung des anderen Vorsprungs (54) die Druckluftzuführung zum Innenraum der Gestängerohre (15,15') leitet.