DE3434685A1

DE3434685A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von bodenproben

Info

Publication number: DE3434685A1
Application number: DE19843434685
Authority: DE
Inventors: Ingo Dipl.-Geophys. DDR 1603 Eichwalde Noack; Hilmar DDR 2151 Wolfshagen Strowig; Wolfgang DDR 2151 Lemmersdorf Strowig; Klaus Dipl.-Ing. DDR 1170 Berlin Wazlawik; Wolfgang DDR 1170 Berlin Wermke
Original assignee: WASSERBAU SPEZIALBAU KOM
Current assignee: WASSERBAU SPEZIALBAU KOM
Priority date: 1984-09-21
Filing date: 1984-09-21
Publication date: 1986-04-10

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung
von Bodonproben .ie Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Bodenproben aus im wesentlichen nichtbindigen, wasserführenden Erdschichten.
Für die Bodenuntersuchung und die Gewinnung von Bohrkernen werden Hohlschneckenbohrverfahren bereits mit Erfolg eingesetzt. Um möglichst ungestörte Bodenproben ais Kerne zu erhalten, werden Endloshohlschnecken mit einem innenliegenden Kernentnahmerohr eingesetzt, bei denen sich das Kernentnahmerohr nicht mitdreht.
Das Kernentnahmerohr ist vorteilhafterweise mit einem flexiblen, mindestens an einem Lnde geschlossenen Aufnahmeschlauch ausgerüstet, in den sich der Bohrkern während des Bohrprozesses hineinschiebt - DE-AS 1 634 543; DE-AS 2 617 551; DD-PS 141 069.
Mit Hilfe des Hohlschneckenbohrverfahrens mit innenliegendem Kernentnahmerohr können ungestörte Bohrkern von 0,8 bis 1,0 m Länge gewonnen werden, wobei zur Durchführung des Verfahrens in Abhänoiakeit von den physikalisch mechanischen Gesteinseigenschaften, der Bohrteufe, der Antriebsleistung und anderer Faktoren mit Drehzahlen zwischen 100-200 min -l gearbeitet wird.
B.M. kebrik weist in seiner Veröffentlichung darauf hin, daß das Schneckenbohren mit Kerngewinnung ein spezielles Schnecken-Kernrohr erfordert, und die Drehgeschwindigkeit 60-250 min-1 betragen muß.
Hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen werden in einen rirmenprospekt der Fa. Acker Drill Company, inc.
für das Schneckenbohren mit ondlosschnecken ohne erngewinnung sowie für Hohlbohrechnecken gefordert.
In Abhängigkeit vom Gestein und vom Bohrlochdurchmesser werden Drehgeschwindigkeiten von 50-225 min-1 vorgeschlaaen.
In der Schriftenreihe Bohrtechnik-Borhverfahren (Schnekkenbohren/Schlagbohren) des VEB Geologische f-orschung und Erkundung Halle; Betriebesektion der KdT wird neben den Drehzahlen von 100-200 min 1 für weiches Gestein darauf verwiesen, daß beim Schneckenbohren Drehzahlen von 400-600 min erforderlich sind, um in stark wasserfünrenden Sanden eine Austragung des Dohrgutes zu erreichen.
An Hand von Untersuchungen wurde ferner festgestellt, daß es beim Bohren mit Endloshohlschnecken eine bestimmte kritische Drehzahl aibt, bei der erst eine Förderung des Erdetoffes eintritt. Diese kritische Drehzahl ist entscheidend für die Bestimmuna der Drehzahlen an Bohrgeräten und sicherlich die Ursache dafür, daß international beim Schnecken- und Hohlschneckenbohren mit hohen Drehzahlen gearbeitet wird, Mit den bisher bekannten, vorstehend angeführten Hoh#-schneckenausrüstungen und den in der einschlägigen Fachliteratur angevebenen Hinweisen zur Verfahrensdurchführung können nur in trockenen Erdschichten ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden. In wasserführenden Erdschichten ist die Anwendung dieser Technologie zwar möglich, jedoch erfolgt nur eine mangelhafte Iterngewinnung. Das Erbohren von Bohrkernen mittels Hohlbohrschnecken aus wasserführenden Erdschichten scheiterte bisher daran, daß durch den Erdstoffeintrieb sowie herausfallendes Bohrgut das Kernrohrsystem nicht zu arretieren ist und der Bohrprozeß mit erngewinnung nicht fortgesetzt werden kann.
Das Weiterbohren mit einem Hohlschneckenwerkzeug in diesen Schichten ist zwar möglich, jedoch muß der im ronensegment befindliche Erdstoff durch Ventilbohrer gewonnen werden. Mit Hilfe eines Ventilbohrers können wiederum nur ver- und entmischte Bohrproben gewonnen werden.
Zum überwiegenden Teil werden in wasserführenden Sand-und Kiesschichten Bohrungen mittels Verrohrung und Ventilbohrer niedergebracht. Eine Kerngewinnung ist in keinem Fall möglich. Gerinamächtige Zwischenschichten werden überbohrt, und es kommt häufig zur Fehlinterpretation.
Durch die Erfindung werden die aufgezeigten Mängel beseitigt und eine äußerst wirtschaftliche Lösuna vorgeschlagen, mit deren Hilfe auch aus wasserführenden, nichtbindigen Erdschichten eine nicht entmischte ernprobe gewonnen und yerinamächtiue Zwischenschichten quantitativ und qualitativ nachgewiesen werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Anwendung eines Hohlschneckenbohrwerkzeuges mit Seilkerneinrichtung ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem eine vollständige Kerngewinnung in wasserführenden Schichten möglich ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß nach Einbau de4Seilkerneinrichtung in die Endloshohlscnnecke durch mehrmaliges, kurzzeitiges Anziehen und Fallenlassen de eilkerneinrichtung diese mit der Endloshohlschnece verklinkt wird und in einem zweistufigen Bohrregime gearbeitet wird, wobei in der ersten Stufe das Bohren der Bohrmarschlänge mit Kerngewinnung unter hohem Andruck, einem hohen Drehmoment und einer Drehzahl von <20 min-1 erfolat und in der zweiten Stufe der auf den Wendeln der Hohlbohrschnecke befindliche, stark verdichtete Erdstoff mit Drehzahlen )60 min 1 gefördert wird und während des Ziehvorganges der Seilkerneinrichtung mit dem erbohrten ern zum Zwecke des Oruckauegleiches zusätzliches Wasser zugeführt wird.
Zur Durchführung des Verfahrens ist oberhalb der Fangeinrichtung ein Seilwirbel angeordnet. In der erneinrichtung bzw. dem einrohr ist auf einer vorteilhafter Weise mit PTFE beschichteten Hülse ein offener Hüllschlauch zur Aufnahme derBodenprobe aufgezogen, wobei annähernd 1/3 der Länge des Hüllschlauches über der freien Oberkante der Hülse abgezogen ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung entspricht die Länge der beschichteten Hülse annähernd 1/4 der Länge des Kern rohres.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1: die erfindungsgemäße Seilkerneinrichtung in der Phase des Setzvorganges, Fig. 2; das Ziehen der erbohrten Bohrprobe.
Das Kernrohr 1 wird über das Arretierteil 2 und den Seilwirbel 3 mit Hilfe des Seiles 4 in den Innenraum des Kernsegmentes der Endloshohlschnecke 13 mit Schneckenwendeln 14 so weit eingeführt, bis die Schneide 5 auf dem Erdstorr 6 aufsitzt. Während des Einlassens kann das Wasser durch den offenen Folienschlauch 7, der auf der Hülse 8 bis auf annähernd 1/3 seiner Länge aufgezogen ist, hindurchströmen, ohne den Schlauch abzuziehen, Das bedeutet gleichzeitig, daß der Folienschlauch mit einer ausreichenden Haftung auf die Hülse 8 aufgezogen werden muß. Um das Kernrohrsystem auf dem Stützring 9 abzusetzen, wird über das Seil eine Auf- und Abbewegung ausgeführt, die dazu führt, daß der Erdstoff in das Kernrohr eindringt und das Arretierteil 2 am Stützring 9 aufsetzt. Während des nun beginnenden Bohrprozesses verkeilen sich die Sperrklinken 10 in die Nut 11, so daß das ganze System durch das Kronensegment mitgenommen wird und der Bohrkern 6 durch die Krone, die Schneide 5 und die Hülse 8 in den oben offenen Folienschlauch 7 gelangt. Dabei gleitet der Kern 6 solange an rolienschlauch 7 entlang, bis die ;Reibung zwischen Erdstoff und Folie grö6er ist als die Reibung zwischen rolienschlauch 7 und der mit PT beschicnteten Hülse 8.
Dieser Zustand wird innerhalb der abgezogenen Länge des Folienschlauches erreicht, die ja über der freien Oberkante der Hülse 8 hinausragt. Danach zieht der Kern automatisch die folie bis zum nde deiBohrprozesses ab.
Die Drehzahlen müssen während dieser Bohratufe < 20 min-1 sein.
Nach Beendigung des Bohrprozesses wird das Seil 4 angezogen, die Sperrklinken 10 rutschen in die alte Lage, der Ventilteller 12 gleitet bis an den Kernrohrkopf und dichtet das Kernrohr ab.
Handelt es sich bei dem Bohrgut um nichtbindigen Erdstoff, so fällt der in der Hülse 8 befindliche Teil heraus und der Folienschlauch sackt etwas nach unten, wobei sich am freien stand der Hülse 8 eine Linechnürung des Folienschlauches 7 bildet, die ein weiteres Herausfallen des ardstofres verhindert.
Besteht das Bohrgut in der Hülse 8 aus bindigem Erdstoff, ist kein Herausfallen möglich.
Um in jedem prall ein Hindurchetrömen des Endstoffes durch den Folienschlauch 7 in das Kernrohr zu verneiden, ist es vorteilhaft, im offenen ende des Folienschlauches 7 ebenfalls eine Kunsttstoffhülse einzusetzen. Diese zusätzliche Hülse unterstützt gleichzeitig das Abziehen des aeraftten Folienschlauches 7 von der Hülse 8 beim Eintreten des Erdstoffes in den Schlauch 7.
Die Kerngewinnung kann ebenfalls dadurch verbessert werden, wenn um den, auf der Hülse 8 gerafft aufgezogenen Folienschlauch Ringfedern in Abständen von ca. 5 cm angebracht sind. Diese Ringfedern werden bei Eintritt des endstoffes zusammen mit dem Folienschlauch 7 von der Hülse 8 abgezogen und schnüren den Folienschlauch 7 in regelmäßigen Abständen ein. Hierdurch kann dem Herausrutschen des t~rdsto,fes bei Ziehen des ICernrohres vorteilhaft entgegengewirkt werden.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Kernrohr 2 Arretierteil 3 Seilwirbel 4 Seil 5 Schneide 6 Erdstoff/Bohrkern 7 Folienschlauch 8 Hülse 9 Stützring 10 Sperrklinke 11 Nut 12 Ventilteller 13 Endloshohlschnecke 14 Schneckenwendel

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Bodenproben P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Verfahren zur Gewinnung von Bodenproben aus im wesentlichen nichtbindigen, wasserführenden Erdschichten mittels Endloshohlschneckenbohrwerkzeug und einer in ded ndloshohlbohrschnecke befindlichen Seilkerneinrichtung, die mit einem auf einer Hülse aufgezogenen, gefalteten rolienschlauch ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß nach Niederbringen und Verriegeln der Seilkerneinrichtung mit der Endloshohlbohrachnecke durch mehrmaliges, Icurzzeitiges Anziehen und Fallenlassen derpeilkerneinrichtuna mit einem zweistufigen Bohrprozeß gearbeitet wird, wobei in der ersten Stufe das Bohren der Bonrmarschiänge mit hohem Andruck, einem hohen Drehmoment und einer Drehzahl von <20 min-1 erfolgt und in der zweiten Stufe der auf den Wendeln der Hohibohrschnecke befindliche, starkverdichtete Erdstoff mit Drehzahlen > 60 min 1 gefördert und während des Zishvorganges der Bohrprobe zusätzlich Wasser zugeführt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Fangeinrichtung (2) und dem Seil (4) ein Seilwirbel (3) angeordnet ist, während der auf der Hülse (8) in der Kerneinrichtung (1) aufgezoc:ene Schlauch (7) am Ende offen und annähernd 1/3 seiner Länge über der freien Oberkante der Hülse (8) abgezogen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Hülse (8) annähernd 1/4 der Länge des Kernrohres entspricht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch oekennzeichnet, daß die Hülse mit PTFE beschichtet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) aus PUTZE besteht,
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch cekennzeichnet, daß in konstanten Abständen Ringfedern auf dem, auf der Hülse (8) aufgezogenen, gerafften Folienschlauch (7) angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am offenen sunde des polienschlauches (7) ebenfalls eine Hülse angeordnet ist.