DE3301806C2

DE3301806C2 - Lufthebe-Vorrichtung für Bohrrohre

Info

Publication number: DE3301806C2
Application number: DE3301806A
Authority: DE
Inventors: Vaid Amird&scaron;anovi&ccaron; A&scaron;chabad Kerimov
Original assignee: TURKMENSKIJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ GEOLOGO-RASVEDOCNYJ INSTITUT ASCHABAD SU
Current assignee: TURKMENSKIJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ GEOLOGO-RASVEDOCNYJ INSTITUT ASCHABAD SU
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1983-01-20
Publication date: 1984-12-20
Also published as: AU9159082A; FR2523205A1; FR2523205B1; DE3301806A1; JPS58160490A; AU555868B2

Abstract

Der Airlift enthält eine Ringkammer (3), die um ein Bohrrohr (1) gebildet und mit dem Hohlraum desselben sowie über ein Rückschlagventil (4) mit einem Rohr (2) für die Druckluftzuführung leitungsverbunden ist. Das Rückschlagventil (4) besitzt ein Gehäuse (7) und einen in diesem angeordneten nach oben federbelasteten Plunger (12), der im Gehäuse (7) Kammern (16, 17) mit einem veränderlichen Volumen bildet. Diese Kammern (16, 17) sind mit dem Rohr (2) für die Druckluftzuführung und über Axialkanäle (20), die im Plunger (12) vorgesehen sind, miteinander leitungsverbunden. Die Innenfläche des Gehäuses (7) und die Außenfläche des Plungers (12) sind derart ausgebildet, daß sie einen ringförmigen Raum (21) mit einem veränderlichen Volumen bilden, der zur Abwärtsbewegung des Plungers (12) mit dem Ringraum leitungsverbunden ist. Die Ringkammer (3) wird von der Innenfläche des Plungers (12) und einer ringförmigen Rille (23) der Wandung des Bohrrohres (1) gebildet, die mit dem Hohlraum des Bohrrohres (1) leitungsverbunden ist und mit der Kammer (16) mit einem veränderlichen Volumen, die oberhalb des Plungers (12) angeordnet ist, bei dessen Abwärtsbewegung in Verbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine L.ufthebe-Vorrichtung für Bohrrohre mit einer ringsum des Bohrrohrs verlaufenden Ringkammer, die mit dem Innenraum des Rohrs und über ein Rückschlagventil mit einem Rohr für die Druckluftzuführung leitungsverbunden ist Die Erfindung kann vorzugsweise beim Umkehrspülbohren von Bohrlöchern eingesetzt werden, bei dem der Umlauf der Spüllrübe beim Eintritt der Spülflüssigkeit aus dem Ringraum in das Bohrrohr zur Förderung der Spültrübe im Rohr verwirklicht wird, sie kann aber auch auf anderen Gebieten der Technik Anwendung finden, wo eine ίο Belüftung der Flüssigkeiten notwendig ist.

Es ist eine Lufthebe-Vorrichtung bekannt, die zum Zuführen von Druckluft in das Bohrrohr über ein Rohr bestimmt ist, das das Bohrrohr umgibt und koaxial zu diesem angeordnet ist. Sie enthält eine Ringkammer, die von einer zylindrischen Buchse gebildet ist, welche das Bohrrohr umgibt und im Rohr für die Druckluftzuführung angeordnet ist Die Ringkammer ist mit dem Hohlraum des Bohrrohres über einen ringförmigen Schlitz leitungsverbunden, der in der Wand des Bohrrohres vorgesehen ist In der unteren Stirnwand der Ringkammer sind Äxiaiöohrungen ausgebildet die jeweils durch ein Rückschlagventil überdeckbar sind, die an einem Ansatz des Bohrrohres montiert sind, der unterhalb der unteren Stirnwand der Ringkammer vorgesehen ist Diese bekannte Lufthebe-Vorrichtung gewährleistet jedoch keine wirksame Zuführung von Druckluft in die Zone des besonders wirksamen Einsatzes, d. h. in einer. Tiefe von etwa 20 m. Um dies zu erläutern, wird der Betrieb einer bekannten Lulthebe-Vorrichtung bei der jo Verwendung eines Hochdruckverdichters beschrieben. Es ist bekannt, daß man das Bohrverfahren mit Umkehrspülung ab einer Tiefe von 20 m wirksam anwenden kann. Bis zu dieser Tiefe wird ein Bohrloch nach einem beliebigen bekannten Verfahren niedergebracht: anschließend wird die Bohrrohrkolonne gezogen, die Lufthebe-Vorrichtung wird in unmittelbarer Nähe des Bohrwerkzeugs montiert und die Bohrrohrkoionne wird in die niedergebrachte Bohrung bis zur Berührung mit der Bohrlochsohle abgesenkt, bann wird der Verdichter eingeschaltet und das Bohren mit Umkehrspü lung fortgesetzt. Mit dem Bohrfortschritt wird die Lufthebe-Vorrichtung tiefer und tiefer angesenkt, und für die Druckluftzuführung in den Innenraum der Bohrrohre muß der Verdichter, um den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit in bestimmten Tiefen zu überwinden, den Druck der Druckluft erhöhen, was zu einer Steigerung des Energieverbrauches des Verdichters führt. Bei der Verwendung eines Hochdruckverdichters zur. Druckluftzuführung wird z. B. beim Niederbringen der_T Bohrlöcher in eine Tiefe bis zu 190 m 100% seiner Höchstleistung ausgenutzt.

Bei der Verwendung eines Niederdruckverdichters wird eine Bohrung bis zu einer Tiefe von 20 m nach einem beliebigen bekannten Bohrverfahren niedergebracht. Dann wird die Bohrrohrkolonne aus der Boh rung gezogen, die Lufthebe-Vorrichtung wird in unmittelbarer Nähe des Bohrwerkzeugs montiert und diese Bohrrohrkolonne wird in die niedergebrachte Bohrung bis zur Berührung mit der Bohrlochsohle abgesenkt. M< Dann wird der Verdichter eingeschaltet und das Bohren wird bereits mit der Umkehrspülung fortgesetzt. Mit zunehmender Tiefe wird die Lufthebe-Vorrichtung tiefer und tiefer abgesenkt und mit dem vom Verdichter erzeugten Druck kann die Luft nicht mehr in den Mi-6Γ) scher zugeführt werden, weil das durch den hydrostatischen Gegendruck der im Bohrrohr befindlichen Flüssigkeit verhindert wird.

Nachdem die Lufthebe-Vorrichtung eine Tiefe von

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M) m erreicht hat, wird die Bohrrohrkolonne aus der Bohrung gezogen, die Lufthebe-Vorrichtung wird abmontiert und an der Bohrrohrkolonne in einem Abstand von 20 m von der Oberfläche angebracht, wonach die Bohrrohrkolonne in die Bohrung abgesenkt und das Bohren fortgesetzt wird. Auf diese Weise muß man beim Bohren einer Bohrung mit einer Tiefe bis zu 150 m zur Umsetzung der Lufthebe-Vorrichtung in die Zone seiner optimalen Arbeit sechsmal den Ein- und Ausbau der Bohrrohrkoionne durchführen, wodurch die Bohrgeschwindigkeit um das 2- bis 3fache vermindert wird.

Aus der DE-AS 28 10 621 ist eine Vorrichtung für Bohrgestänge zum Lufthebebohren mit einer Luftleitung, einem Verbindungsweg zwischen dieser und einem die hochsteigende Spülung führenden Gestängehohlraum sowie einer in dem Verbindungsweg angeordneten Venrüeinrichtung, die einen in Abhängigkeit vom Druck der äußeren Bohrlochflüssigkeit zur Freigabe des Verbindungsweges beeinflußbaren Teil aufweist. Die Veniileinriehtung weist ein als Sitzventil mit Ventilkörper ausgebildetes Öffnungsventil mit einstellbarem Öffnungsverhalten und einen von der äußeren Bohrlochflüssigkeil beaufschlagbaren Steuerkolben auf, der starr mit einem Betätigungsglied für den Ventilkörper verbunden ist oder selbst ein Betätigungsglied bildet. Zwischen dem öffnungsventil und dem Gestängehohlraum ist ein Rückschlagventil angeordnet. Der Steuerkolben ist mittels einer Arretiervorrichtung in zwei Positionen lösbar feststellbar. Derartige Ventile sind kompliziert und damit störanfällig und auch im Wirkungsgrad nicht optimal und müssen bezüglich des Auslösedrucks eingestellt werden, so daß sie bei unterschiedlichen Drücken ansprechen und somit die Wirkung der Vorrichtung beeinträchtigen können. Ferner besteht die Gefahr, daß sie bei Druckluflschwankungen umsteuern können.

Aus der DE-AS U 90 415 ist ein Bohrgestänge für das Lufthebeverfahren bekannt, bei dem in einer Luftleitung zum Verbinden derselben mit dem Bohrgestänge innere Blasdü :n vorgesehen sind, die jeweils ein mit Kanälen versehenes Gehäuse, einen Differentialkolben mit Querdurchlässen und einen in diesem beweglichen weiteren Kolben mit einem Querdurchlaß aufweisen und in Abhängigkeit vom Luft- und Wasserdruck Luftdurchlaßöffnungcn freigeben oder verschließen. Sie werden in unterschiedlichen Abständen in das Bohrgestänge eingebaut. Auch diese Ventile sind kompliziert und nicht optimal wirksam. Die Funktionsfähigkeit eines soiehen Ventils hängt dazu entscheidend von einer einwandfreien Beweglichkeit der Kolben ab. Bereits bei einer leichten Verschmutzung, die durch den direkten Kontakt mit Spültrübe immer zu erwarten ist, besteht die Gefahr des Blockierens des Kolbens, womit das Ventil unwirksam wird. Im Betriebszustand des Ventils muß die Luft durch die einzelnen Kanäle im Gehäuse, im Differentialkolben und im inneren Kolben hindurchgehen, was einen nicht unerheblichen Strömungswiderstand bedeutet, erst recht dann, wenn die Bohrungen nicht genau miteinander fluchten. Es kann ein Druckvcrlust entstehen, der din Ansprechstufe in unerwünschter Weise beeinflußt

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lufihcbc- Vorrichtung ft'r BohrroHre 4cf eingangs genannten Art dahingehen'¹ zu verbesser'l, Uaß die Funktionstüchiigkeit der L.ufthc'jevorrich'unj? i'ti ganzen erhöht, deren Störanfälligkeit vcrmincleri i'hd die Konstruktion vereinfacht wird. Diese Aufgab«; wire Jurch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Mcr'Mialc gelöst.

DicNe Ausbildung ¹Kt Lufthebe-Vorrichtung ermöglicht es, daß die Druckluft aus der oberhalb des Kolbens angeordneten Kammer mit veränderlichem Volumen über die Ringkammer und den ringförmigen Schlitz in den Hohlraum des Bohrrohres bei einer bestimmten Tiefe der Absenkung der Lufthebe-Vorrichtung automatisch in die Bohrung gelangen kann. In der erfindungsgemäßen Lufthebe-Vorrichtung ist der Kolben stufenförmig und zylinderförmig ausgeführt und bildet Kammern mit veränderlichem Volumen, von denen eine

to Kammer über eine Ringkammer und einen ringförmigen Schlitz mit dem Hohlraum des Bohrrohres leitungsverbunden ist. Dadurch, daß der ringförmige Raum mit veränderlichem Volumen mit dem Ringraum leitungsverbunden ist, ist es möglich, den Kolben automatisch nach unten zu bewegen und die Druckluft aus der Kammer mit veränderlichem Volumen oberhalb des Kolbens über eine Ringkammer in den Hohlraum des Bohrrohres gelangen zu lassen.

Es ist vorteilhaft, daß an dem oberen Abschnitt der zylindrischen Innenwand des Kolbens i^dialboiirungen und eine mit diesen an der Innenseite leitunrjsverbundene ringförmige Rille vorgesehen sind, mittels der die oberhalb des Kolbens angeordnete Kammer mit veränderlichem Volumen mit der Ringkammer verbindbar ist, wobei in c'er ringförmigen Rille ein elastischer Ring angeordnet ist, mittels dem die Radialbohrungen in der unteren Stellung des Kolbens überdeckbar sind. Bei finer solchen Verbindung wird die Zuführung der Druckluft aus der Kammer mit veränderlichem Vo'umen, die oberhalb des Kolbens angeordnet ist, über Radialbohrungen in der zylindrischen Innenwand des Kolbens und die mit diesen leitungsverbundene ringförmige Rille und die Ringkammer in den Hohlraum des Bohrrohres in der unteren Endstellung des Ko'.bens verwirklicht. Aufgrund des in der ringförmigen Rilie angeordneten elastischen Rings kann die im Hohlraum der Bohrrohre befindliche Flüssigkeit nicht über die Radialbohrungen in die Kammern mit veränderlichem Volumen, die oberhalb des Kolbens angeordnet ist, gelangen, wodurch die Kammern mit veränderlichem Volumen und der Hohlraum des Rohres für die Druckluftzuführung nicht mit Bodenbeimengungen verstopft werden können.

Vorzugsweise ist an dem oberen Abschnitt der zylindrischen Außenwand des Kolbens eine ringförmige RiI-Ie vorzusehen, in der eine ringförmige Schlitzfeder angeordnet ist, die zur Festlegung des Kolbens in einer Position unterhalb der oberen, einen kleineren Durchmesser aufweisenden Stufe der zylindrischen Buchse ausspreizbar ist. Die Feder ist ringförmig aus einem elastischen Werkstoff ausgebildet, spreizbar und kann ihren Durchmesser bei Anordnung in der unteren Stufe der zylindrischen Buchse vergrößern. Diese Ausbildung gewährleistet die Befestigung des Kolbens in seiner unteren Stellung, damit während des Betriebes der Lufthcbe-Vorrichtung die Pulsation der Druckluft, die von dem Verdichter zugeführt wird, und die Pulsation der Flüssigkeit in dem Ringraum die axiale Bewegung der Lufthebc-Vorrichtur j nicht beeinflussen kann, und damit dadurch eine stabile Druckluftzuführung in den

ho Hohlraum des Bohrrohres gewährleistet wird.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beschreibung von konkreten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fi g. 1 eine schematiche Darstellung der erfindungs-

b5 gemäßen Vorrichtung im Tcillängsschiiiit;

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Rohr für die Druckluftzuführung um das Bohrrohr und koaxial zu diesem angcc>rdnet ist;

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F i g. 3 das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 (bis zur Symmetrieachse) während des Betriebes.

Die Lufthebe·Vorrichtung ist zur Druckluftzuführung in ein Bohrrohr 1 (Fig. 1) über ein Rohr 2 aus einer Quelle (in der Figur nicht wiedergegeben) bestimmt. Die erfindungsgemäße Lufthebe-Vorrichtung enthält eine Ringkammsr 3, die um das Bohrrohr I gebildet und mit dem Bohrrohr 1 leitungsverbunden ist; sie ist auch über ein Rückschlagventil 4 mit dem Rohr 2 für die Druckluftzuführung leitungsverbunden. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist das Rohr 2 parallel zu dem Bohrrohr 1 angeordnet und mit diesem mittels Schellen 5 verbunden, die quer zu der Längsachse 6 des Bohrrohres 1 angeordnet sind. Das Rückschlagventil weist ein Gehäuse 7 auf, das von einer zylindrischen Buchse 8, die um das Bohrrohr 1 und koaxial zu diesem angeordnet ist, sowie auch von der Wand des Bohrrohres 1 und radialen Stirnflächen 9 gebildet ist. Die radialen -Strinflächen 9 sind am Bohrrohr 1 starr befestigt; im vorliegenden Fall sind sie einstückig mit diesem ausgeführt, wie dies in F i g. 1 wiedergegeben ist. Die Innenfläche der zylindrischen Buchse 8 besitzt eine untere Stufe 10 mit einem größeren Durchmesser und eine obere Stufe Il mit einem kleineren Durchmesser.

Das Rückschlagventil 4 weist einen im Gehäuse 7 angeordneten Plunger bzw. Kolben 12 auf. Dabei hat die Innenwand 12a des Plungers 12, die an die Außenfläche des Bohrrohres 1 anschließt, eine größere Lange als die Außenwand \2b, die an die Innenfläche der zylindrischen Buchse 8 anschließt, weil in der oberen Stellung des Plungers 12 die Stirnfläche der Innenwand 12a gegen die obere radiale Stirnfläche 9 des Gehäuses 7 abgestützt ist. Dies ist zu einer zuverlässigen Befestigung des Plungers 12 in seiner oberen Stellung vorgesehen. Der Plunger 12 weist eine untere Stufe 13 mit einem größeren Durchmesser und eine obere Stufe 14 mit einem kleineren Durchmesser auf. Der Plunger 12 ist auch an der Achse 6 des Bohrrohres 1 angeordnet. Im Gehäuse 7 ist unterhalb des Plungers 12 eine Feder 15 angeordnet, die zu einer Federbelastung des Plungers 12 in Richtung narh oben bestimmt ist. Der Gang der Feder 15 wird durch eine zylindrische Buchse 15a begrenzt, die koaxial zum Bohrrohr 1 angeordnet ist und an die Innenfläche der unteren Stufe 10 der Buchse 8 anschließt. Der Plunger 12 bildet im Gehäuse 7 eine Kammer 16 mit veränderlichem Volumen, die oberhalb des Plungers 12 angeordnet ist. sowie auch eine Kammer 17 mit veränderlichem Volumen, die unterhalb des Plungers 12 angeordnet ist. Die Kammern 16, 17 sind mit dem Rohr über öffnungen 18,1°· leitungsverbunden. die in den radialen Stirnflächen des Gehäuses 7 vorgesehen sind. In den radialen Stirnflächen 9 sind radiale Rillen (in der Figur nicht wiedergegeben) vorgesehen, in welche die Enden der Rohrteile 2 hineingehen und an welchen sie angeschweißt sind. Die Kammern 16,17 sind über Axialkanäle 20, die im Plunger 12 vorgesehen sind, miteinander leitungsverbunden. Es sind mehrere Axialkanäle 20 vorgesehen, und sie sind über den Umfang und entlang der Achse 6 des Bohrrohres 1 gleichmäßig verteilt ausgebildet

Die untere Stufe 10 der Innenfläche der zylindrischen Buchse 8 bildet mit der Außenfläche des Plungers 12 einen ringförmigen Raum 21 mit veränderlichem Volumen, das sich bei der Abwärtsbewegung des Plungers 12 vergrößert. In der zylindrischen Buchse 8 sind Radialbohrungen 22 gleichmäßig über deren Wand verteilt vorgesehen. Der ringförmige Raum 21 ist über Radialbohrungen 22 mit dem Ringraum leitungsverbunden.

um aus diesem die Flüssigkeit in den ringförmigen Raum 21 zuzuführen und auf die Stirnfläche der unteren Stufe 13 des Plungers 12 einzuwirken und dadurch eine Abwärtsbewegung des Plungers 12 hervorzurufen. Durch eine solche Gestaltung des Rückschlagventils 4 findet ein automatisches Auslösen des Rückschlagventils 4 in einer bestimmten Tiefe statt.

In der Wand des Bohrrohres 1 ist auf seiner Außenseite eine ringförmige Rille 23 vorgesehen, die zusammen

ίο mit der zylindrischen Innenfläche des Plungers 12 die Ringkammer 3 bildet, die über einen ringförmigen Schlitz 24 der Wandung des Rohres 1 mit dem Hohlraum dieses Rohres I leitungsverbunden ist. An dem oberen Abschnitt der zylindrischen Innenwand 12a des Plungers 12 sind Radialbohrungen 25 und eine mit diesen leitungsverbundene ringförmige Rille 26 vorgesehen, die ebenfalls an der zylindrischen Innenwand des Plungers 12 ausgebildet ist. Die Radialbohrungen 25 und die Rille 26 soilen die oberhalb des Plungers 12 angcord nete Kammer 16 mit veränderlichem Volumen mit der Ringkammer 3 leitungsverbinder um den Durchgang der Druckluft in der unteren Stellung des Plungers 12 zu ermöglichen. Die Rille 23 ist, wie oben dargelegt, mit dem Hohlraum des Bohrrohres 1 über einen ringförmi gen Schlitz 24 leitungsverbunden, der in der Wandung des Bohrrohres 1 vorgesehen ist. Die Kanten des ringförmige* Schlitzes 24 sind unter einem Winkel zu der Achse des Bohrrohres 1 angeordnet, um den Druckluflstrom nach oben zu leiten. Die ringförmige Rille 23 ist

jo bei der Abwärtsbewegung des Plungers 12 mit der Kammer mit veränderlichem Volumen leitungsverbunden, um einen Durchgang der Druckluft aus dem Rohr 2 in das Bohrrohr 1 zu ermöglichen.

In der ringförmigen Rille 26 ist ein elastischer Ring 27

angeordnet, der ein Eindringen der Flüssigkeit aus dem Hohlraum des Bohrrohres 1 in die oberhalb des Plungers 12 untergebrachte Kammer verhindern soll, wenn das nachfolgende Bohrrohr 1 mit dem Airlift an die bereits im Bohrloch stehenden angeschlossen wird.

An dem oberen Abschnitt der zylindrischen Außenwand 12b des Plungers 12 ist eine ringförmige Rille 28 vorgesehen. In der Rille 28 ist eine ringförmige Schlitzfeder 29 untergebracht, die mit der unteren Stufe 10 der Innenfläche der zylindrischen Buchse in der unteren Stellung des Plungers 12 zur Befestigung desselben zusammenwirkt. Dadurch wird eine zuverlässige Befestigung des Plungers 12 gesichert, die erforderlich ist, um zu verhindern, daß beim Betrieb des Airliftes die Pulsation der Druckluft, die von einem Verdichter (in der Figur nicht wiedergegeben) zugeführt wird, und '''-e Pulsation der aus dem Ringraum zuzuführenden Flüssigkeit dem Plunger 12 mitgeteilt und dadurch eine zuverlässige Verbindung der oberhalb des Plungers 12 angeordneten Kammer 16 mit veränderlichem Volumen mit der Ringkammer 3 und eine zuverlässige Verbindung des ringförmigen Schlitzes 24 mit dem Hohlraum des Bohrrohres 1 unterbrochen werden.

An der Außenwand 12a ist im Plunger 12 oberhalb der ringförmigen Rille 28, in der die ringförmige Schlitz feder 29 untergebracht ist, eine Rille (in der Figur nicht wiedergegeben) vorgesehen, in der ein Dichtungsring 30 angeordnet ist. Der Ring 30 wirkt mit der oberen Stufe 11 der Innenfläche der Buchse 8 zusammen und dichtet auf diese Weise die oberhalb des Plungers 12

h5 angeordnete Kammer mit veränderlichem Volumen von dem ringförmigen Raum 21 ab. Der ringförmige Raum 21 ist über Radialbohrungen 22 mit dem Ringraum leitungsverbunden. Eine solche Anordnung des

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Dichtungsringes 30 verhindert das Kindringen der Druckluft aus der Kammer 16 mit veränderlichem Volumen, die oberhalb des Plungers 12 angeordnet ist, durch einen Spalt (in der Figur nicht wiedergegeben) zwischen der Außenwand 12a des Plungers 12 und der oberen Stufe 11 der Innenfläche der Buchse 8 in den Ririgraum sowie das Eindringen der im Ringraum befindlichen l-'lüssigk«-;.' in die oberhalb des Plungers 12 angeordnete Kammer 16 mit veränderlichem Volumen im Falle, daß dem Airlift keine Druckluft zugeführt wird. Das kann z. B. beim Anschluß eines nachfolgenden Bohrrohres passieren.

In der unteren Stufe 13 des Plungers 12 ist auch eine ringförmige Rille (in der Figur nicht wiedergegeben) vorgesehen, in der ein Dichtungsring 31 untergebracht ist. Mittels des Dichtungsringes 31 wird die oberhalb des Plungers 12 angeordnete Kammer 17 mit veränderlichem Volumen beim Zusammenwirken der unteren Stute i3 des Plungers i2 mit der unteren Stufe iö der Innenfläche der Buchse abgedichtet. Eine solche Anordnung des Ringes 31 verhindert das Eindringen der Druckluft aus der Kammer 17 mit veränderlichem Volumen, die unterhalb des Plungers 12 angeordnet ist, und zwar durch einen Spalt (in der Figur nicht wiedergegeben) zwischen der unteren Stufe 13 des Plungers 12 und der unteren Stufe 10 der Innenfläche der Buchse 8 in den Ringraum während des Betriebes des Airliftes sowie das Eindringen der im Ringraum befindlichen Flüssigkeit in die unterhalb des Plungers 12 angeordnete Kammer 17 mit veränderlichem Volumen im Falle, daß dem Airlift keine Druckluft zugeführt wird. Das kann z. B. passieren, wenn das nächstfolgende Bohrrohr angeschlossen wird.

Die Innenwand 12a des Plungers 12 ist mit Dichtungsringen 32 versehen. Mittels der Ringe 32 werden die Kammern 16, 17 mit veränderlichem Volumen, welche üuCruäiu üfiu Unicftiäiu ucS FiUiigcfS 12 ängcüfunci sind, von der ringförmigen Kammer 3 und dem Hohlraum des Bohrrohres 1 abgedichtet. Durch eine solche Anordnung der Dichtungsringe 32 wird das Eindringen der Druckluft aus den Kammern 16,17 mit veränderlichem Volumen durch den Spalt zwischen der Innenwand 13 des Plungers 12 und der Wandung des Bohrrohres 1 in die Ringkammer 3 in dem Falle verhindert, bei dem der Airlift die Tiefe nicht erreicht hat, in der er ausgelöst wird. Auf diese Weise wird die gesamte

- Druckluft, die vom Verdichter gefördert wird, dem unteren im Betrieb stehenden Airlift ohne Verlust zugeführt.

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Airliftes, bei der ein Rohr 2a für die Druckluftzuführung in das Bohrrohr 1 koaxial zu diesem Rohr 1 angeordnet ist und dieses umgibt. Die Ringkammer 3 ist, wie bei der oben dargelegten Ausführungsform, um das Bohrrohr 1 ausgebildet und über ein Rückschlagventil Aa mit dem Rohr 2a leitungsverbunden. Das Rückschlagventil 4a weist ein Gehäuse 7a auf, das von einer zylindrischen Buchse 8a, welche um das Bohrrohr 1 und koaxial zu diesem angeordnet ist, der Wand des Bohrrohres 1 und den radialen Stirnflächen 9a gebildet ist, die mit dem Bohrrohr 1 einstückig ausgebildet sind. Die Innenfläche der zylindrischen Buchse 8a weist eine untere Stufe 10a mit einem größeren Durchmesser und eine obere Stufe 11a mit einem kleineren Durchmesser auf. Das Rückschlagventil 4a besitzt einen an der Achse 6 irn Gehäuse 7a angeordneten Plunger 12c Die Innenwand (in der Figur nicht wiedergegeben) des Plungers 12c, die an die

- Außenfläche des Bohrrohres 1 anschließt, hat eine größere Länge als die Außenwand (in der Figur nicht wiedergegeben) des Plungers 12c, die an die Innenfläche der zylindrischen Buchse 8a anschließt. Der Plunger 12c besitzt eine untere Stufe 13a mit einem größeren Durch-

■j messer und eine obere Stufe 14a mit einem kleineren Durchmesser.

Im Gehäuse 7n ist unterhalb des Plungers 12c eine Feder 15a zur Fedcrbelastung des Plungers 12c in Richtung nach oben vorgesehen, deren Gang wie bei der

ίο vorhergehenden Ausführungsform durch die zylindrische Buchse (in der Figur nicht wiedergegeben) begrenzt wird. Der Plunger 12c bildet im Gehäuse 7a eine Kammer 16 mit veränderlichem Volumen, die oberhalb des Plungers 12c angeordnet ist, sowie eine Kammer 17a mit veränderlichem Volumen, die unterhalb des Plungers 12c angeordnet ist. Ähnlich wie bei der vorhergehenden AusfUhrungsform sind die Kammern 16a, 17a mit dem Rohr 2a sowie auch über Axialkanäle 20a, die im Plunger \'ic vorgesehen und über den umfang und entlang der Achse 6 des Bohrrohrcs 1 gleichmäßig verteilt angeordnet sind, miteinander leitungsverbunden.

Die untere Stufe 10a der Innenfläche der zylindrischen Buchse 8a bildet mit der Außenfläche des Plungers 12c einen ringförmigen Raum 21a mit veränderli- ehern Volumen, das sich bei der Abwärtsbewegung des Plungers 52c vergrößert. In der zylindrischen Buchse 8a sind Radialbohrungen 22 vorgesehen, wodurch der ringförmige Raum 21a mit dem Ringraum leitungsverbunden ist.

in der Wandung des Bohrrohres 1 ist an seiner Außenseite eine ringförmige Rille 23 ausgebildet, die zusammen mit der Innenfläche des Plungers 12c die Ringkammer 3 bildet und die über einen ringförmigen Schlitz 24 der Wand des Rohres 1 mit dem Hohlraum dieses Rohres 1 leitungsverbunden ist. An dem oberen Abschnitt der zylindrischen Wand des Plungers 12c sind

IxauiäiuGlirUilgcn a*j3 SGVrtC eine ΐΠΐΐ uicSctl iciiiingSVCr-

bundene ringförmige Rille 26a vorgesehen, die zum Verbinden der Kammer 16a mit der Ringkammer 3 die nen. In der ringförmigen Rille 26a ist ein elastischer Ring 27a untergebracht, der die Radialbohrungen 2Sa in der unteren Stellung des Plungers 12c überdeckt. Am oberen Abschnitt der zylindrischen Außenwand des Plungers 12c ist eine ringförmige Rille 28a angeordnet, in der eine ringförmige Schlitzfeder 29a untergebracht ist. Ebenso wie bei der vorhergehenden Ausführungsform sind Dichtungsringe 30a, 31a, 32a vorgesehen.

Der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte und in F i g. 1 dargestellte Airlift hat folgende Wirkungs weise.

Eir.5 Bohrrohrkolonne 1 mit einem Airlift wird in einer vorher niedergebrachten Bohrung unmittelbar oberhalb des Bohrwerkzeuges (in der Figur nicht wiedergegeben) aufgestellt Nachdem eine Tiefe von etwa 20 Meter erreicht worden ist, fängt der hydrostatische Druck der Flüssigkeit im Ringraum an, über Radialbohrungen 22 auf die Stirnfläche der unteren Stufe 13 des Plungers 12 einzuwirken. Unter der Einwirkung dieser Kraft wird eine Abwärtsbewegung des Plungers 12 ein geleitet, weil die Kraft der unterhalb des Plungers 12 untergebrachten Feder 15 derart gewählt ist, daß sie kleiner als die Kraft des hydrostatischen Druckes ist, die auf den Plunger 12 in einer Tiefe von etwa 20 Meter einwirkt. Indem sich der Plunger 12 unter der Einwir kuiig des hydrostatischen Druckes immer tiefer bewegt, verbindet er die oberhalb angeordnete Kammer 16 und folglich auch den Hohlraum des Rohres 2 für die Druckluftzuführung mit der Ringkammer 3 und weiter über

den ringförmigen Schlitz 24 mit dem Hohlraum des Bohrrohres 1. Anschließend wird die Luftzuführung mittels eines Verdichters (in der Figur nicht wiedergegeben) eingeschaltet, und das Bohren wird aufgenommen.

Nachdem eine Tiefe von 40 Meter erreicht worden ϊ ist, wird an die Bohrrohrkolonne ein nachfolgendes Bohrrohr 1 mit einem Airlift angeschlossen, und das Bohren des Bohrloches wird fortgesetzt. In dieser Zeit wird das untere Bohrrohr mit dem Airlift betrieben, weil sich der Airlift des oberen Bohrrohres in der Zone befin- in det, in der der hydrostatische Druck im Ringraurn nicht ausreicht, um den Plunger 12 in die untere Endstellung zu bewegen. Aus diesem Grunde sind die Kammer 16, die oberhalb des Plungers angeordnet ist, und folglich der Hohlraum des Rohres 2 für die Luftzuführung mit der Ringkamnier 3 nicht leitungsverbunden, und die Druckluft wird dem Innenraum der Bohrrohre nicht zugeführt. Auf diese Weise geht die Luft durch die Axialkanäie 2Ö des Plungers 12 hindurch, gelangt weiter in den Hohlraum des unteren Teils des Rohres 2 und aus diesem in die unterhalb des Plungers 12 angeordnete Kammer 17 im von oben her ersten Bohrrohr mit Airlift; da in dieser Tiefe durch den hydrostatischen Druck der Plunger 12 des nachfolgenden Bohrrohres mit Airlift in die untere Endsteilung bewegt wurde, ist die oberhalb des Plungers 12 angeordnete Kammer 16 mit der Ringkammer 3 und über diese mit dem ringförmigen Schlitz und dem Hohlraum des Bohrrohrcs 1 leitungsverbunden. Dadurch wird die im Bohrrohr 1 in dieser Tiefe befindliche Flüssigkeit belüftet, durch die Differenz zwi- jo sehen den spezifischen Gewichten der Flüssigkeiten im Ringraum und im Bohrrohr 1 über das Rohr 1 gehoben und in ein Absetzbecken (in der Figur nicht wiedergegeben) abgeführt.

Nachdem eine Tiefe von 20 Meter erreicht worden ζί ist, fängt der hydrostatische Druck im Ringraum an, über die Rädiäibohrungcn 22 der ringförmigen Buchse 5 auf die Stirnfläche der unteren Stufe 13 des Plungers 12 mit einer Kraft einzuwirken, die die Kraft der unterhalb des Plungers 12 angeordneten Feder 15 übersteigt, und -»0 der Plunger beginnt eine Abwärtsbewegung, wodurch die oberhalb des Plungers 12 angeordnete Kammer 16 mit der Ringkammer 3 leitungsverbunden wird. Nachdem das geschehen ist, gelangt die Luft in den Hohlraum des Bohrrohres 1, und der obere Airlift nimmt seine Arbeit auf. Das erste Bohrrohr mit Airlift befindet sich in diesem Zeitpunkt in einer Tiefe von 40 Metern, das bedeutet, daß der hydrostatische Druck in der Ringkammer 3 4 bar beträgt, wobei die Druckluft einen Gegendruck von 2 bar, der in der Zone des nächsten Airliftes wirkt, leichter überwinden kann als einen Gegendruck von 4 bar, der in der Zone des ersten Airliftes wirkt. Aus diesem Grunde hört der erste Airlift auf zu arbeiten, weil die Druckluft diesen Airlift nicht erreichen kann.

Auf diese Weise wird das Bohren eines Bohrloches bei der Aufstellung der nachfolgenden Bohrrohre mit einem Airlift nach je etwa 20 Metern durchgeführt wobei der vorhergehende Airlift durch den nächsten abgeschaltet wird, wenn diese sich jeweils in einer Tiefe von 40 und 20 Metern befinden.

Ähnlich wird der Airlift betrieben, der in F i g. 2 und F i g. 3 dargestellt ist.

Es wurden einige Versuchsmuster von Bohrrohren mit Airliften gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt und erfolgreich erprobt. Die Versuchsmuster ha- « ben sich als betriebssicher erwiesen; sie traten exakt in erforderlicher Tiefe, d. h. in der Tiefe einer besonders wirksamen Arbeit, in Tätigkeit.

Der erfindung--gemäßc Airlift ist bedienungsarm und erfordert verhältnismäßig geringe Selbstkosten.

Hierzu 2 BIaIt Zeichnungen

Claims

33 Ol Patentansprüche:

1. Lufthebe-Vorrichtung für Bohrrohre, mit einer ringsum des Bohrrohrs (!) verlaufenden Ringkammer (3), die mit dem Innenraum des Rohrs (1) und über ein Rückschlagventil (4) mit einem Rohr (2) für die Druckluftzuführung leitungsverbunden ist. dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (4) ein Gehäuse (7). das durch eine zylindrische Buchse (8), welche um das Bohrrohr (1) und koaxial zu diesem angeordnet ist und deren Innenfläche eine untere Stufe (10) mit größerem Durchmesser und eine obere Stufe (11) mit kleinerem Durchmesser aufweist, durch die Wandung des Bohrrohrs (1) und durch radiale Stirnflächen (9) gebildet ist, und einen im Gehäuse (7) angeordneten und nach oben federbelasteten Kolben (12) umfaßt, der eine untere Stufe (13) mit einem größeren Durchmesse! und eine obere Stufe (14) mit einem kleineren Durchmesser aufweist und im Gehäuse (7) Kammern (16,17) mit veränderlichem Volumen bildet, die mit dem Rohr (2) für die Druckluftzuführung durch Öffnungen (18,19) in radialen Stirnflächen (9) des Gehäuses (7) sowie über axiale Kanäle (20), die im Kolben (12) vorgesehen find, miteinander leitungsverbunden sind, wöbe: die an der Innenfläche der zylindrischen Buchse (8) vorgesehene untere Stufe (10) mit der Außenfläche der oberen Stufe (14) des Kolbens (12) einen ringförmigen Raum (21) mit veränderlichvm Volumen bildet, der zur Abwärtsbewegung des Kolbens (?2) über Radialbohrungen (22) der zylindrischen Buchst (8) mit dem Ringraum leitungsverbunden ist, und dsi3 die ^jngkammcr (3) von der zylindrischen Innenfläche des Kolbens (12) und einer ringförmigen Rille (23) gebildet ist, die in der Wandung des Bohrrohres (1) auf dessen Außenseite angeordnet ist, mit dem Bohrrohr (1) leitungsverbunden ist und mit der Kammer (16) mit dem veränderlichen Volumen oberhalb des Kolbens (12) bei dessen Abwärtsbewegung in Verbindung setzbar ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem oberen Abschnitt der zylindrischen Innenwand (12aj des Kolbens (12) Radialbohrungen (25) und eine mit diesen an der Innenseite leitungsverbundene ringförmige Rille (26) vorgesehen sind, mittels der die oberhalb des Kolbens (12) angeordnete Kammer (16) mit dem veränderlichen Volumen mit der Ringkammer (3) verbindbar ist, wobei in der ringförmigen Rille (26) ein elastischer Ring (27) angeordnet ist, mittels dem die Radialbohrungen (25) in der unteren Stellung des Kolbens (12) überdeckbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem oberen Abschnitt der zylindrischen Außenwand (\2b)des Kolbens (12) eine ringförmige Rille (28) vorgesehen ist, in der eine ringförmige Schlitzfeder (29) angeordnet ist, die zur Festlegung des Kolbens (12) in einer Position unterhalb der oberen, einen kleineren Durchmesser aufweisenden Stufe (11) der zylindrischen Buchse (8) ausspreizbar ist.