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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Bohrgestånge mit
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Bohrmeisel für Erd- und Tiefseebohrungen. Die bekannten Bohrgestänge
besitzen gegenüber der vorliegenden Erfin dung Nachteile Das Gestänge jener bekannten
Bohrtürme muß durch sehr unterschiedliche Erd- und Gesteinsmassen unter dem Druck
hoher Gewichte sich hindurchbewegen. Das führt oft zur Verkiemmtlng der Rohre mit
den sie umgebenden Erd- und Gesteinsmassen.
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Es besteht daher die Aufgabe diese Verklemmungen zu verhindern oder
falls sie eintreten, zu beseitigen.
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Nach der Erfindung geschieht dies durch Wasser, das mit hydraulischem
x Druck durch Rippenrohre oder dergl. auf die Bohrstelle ausströmt, wobei nur ein
Teil von dem dortigen Erdreich aufgenommen wird, dieses während der andere Teil
seitlich zum Rohr von den klemmenden Erd- und Gesteinsmassen freispült.
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Desweiteren wird durch dieses Druckwasser die Bohrstelle so erweicht,
daß die Bohrungen ohne Gefahr der Zerstörung des Bohrmeisels und in einer sehr viel
kürzeren Zeit, vollzogen werden können. Dte Rotationsgeschwindigkeit des Bohrmeisels
kann entsprechend erhöht werden.
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Ein weiterer Vorteil ist nach der Erfindung,durch die Anordnung der
Rippen an den Außenflächen der Rohre des Gestängesßdurch außerordnetliche Verminderung
der Reibung mit dem umgebenden Erd- und Gesteinsmassen des Bohrlochs, erreicht.
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Die Anordnung solcher Außenrippen kann gleichzeitig dem Rotations-Antrieb
des Rohrgestänges dienen. Es ist dazu nicht notwer'ldig hohe Bohrtürme vorzusehen,
es genügt vielmehr Im gerihgen Abstand zum Erdboden eine Antriebsscheibe mit einer
kreisrunden Aussparung in der Mitte der Scheibe vorzusehen, die lotrechte kurze
Rippen an der Innenfläche der Aussparung trägt, welche gegen die Außenrippen x die
an den Außenseiten der Rohre des Bohrgestänges befestigt sind..
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des Rohrgestänges rotierend sich anlegen. Durch Gewichte, die wahlweise-
nach Erfordernis auf das zuletzt auf das Gestänge aufgebrachte Rohr, von Rohr zu
Pvohr,angeordnet werden können und nach Beendigung des Bohrens ebenso leicht wieder
entfernt werden können, ist es möglich den jeweils erforderlichen Druck auf den
Bohrmeisel auszuüben.
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Die Rohre des Bohrgestänges werden an freien Verlängerungen der Rippen
so aufeinander gebracht, daß sie mbtjl3wischen ihnen angeordneten Dichtungen einen
luftdichten Zylinder, der frei von irgendwelchen festen Innenanordnungen ist. Das
hat den Vorteil, daß Kernrohre, d.h. den Bohrkern auf nehmende P.ohre in diesem
Hohlraum des Bohrgestänges unbehindert auf und abwärts bewegt werden können. Dadurch
ist es möglich noch während der Bohrungen die Beschaffenheit des Erdreiches insbesondere
zu Forschungszwecken, zu ermitteln und damit über die Durchführung weiterer Bohrungen
an der bereits erreichten Bohrstelle oder auch an anderen Bohstellen, die notwendigen
Entscheidungen zu trefffen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß dieses Kern rohr vorzugsweise
den Bohrmeisel trägt. Es kann also bei jeder einzelnen Entnahme, ohne das es eine
Veränderung des Bohrgestänges bedarf, das Kernrohr mit dem Bohrmeisel entnommen
werden,Damit können nicht nur die zu erforschenden Erdmassen untersucht werden,
sondern der Bohrmeisel auf seine Beschaffenheit überprüft werden Auch kann ein Austausch
der Kernrohr mit anderen Bohrmeiseln erfolgen, die den unterschiedlichen, zu durchbohrenden
Erdschichten optimal entsprechen. Es kann also eine Zerstörung, wie sie bei den
bisherigen Bohrmeiseln nicht selten ist, nicht eintreten. Sobald infolge harten
Gesteins der Bohrmeisel sich langsamer dreht kann er mit dem Kern rohr nach oben
entfernt werden und dafür ein Bohrmeisel größerer Härte und anderer Meiselgestaltung
durch
das Bohrgestänge nach unten eingegeben werden. Das Kernrohr verbindet sich in seiner
untersten Arbeitsstellung automatisch z.B. durch Federdruck mit dem rotierenden
Außenrohr. Es kånt erst wieder nach oben bewegt werden, wenn diese Sperrung, z,B(
durch Seilzug gelöst wird. Das Kernrohr wird in Rillen, in welche Innenrippen des
Außenrohres eingreifen, auf- uncl abwärts im Rohrzylinder geführt.
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Wenn der Hohlzylinder luftdicht nach außen abgeschlossen ist, kann
mit Druckluft das Kernrohr nach unten in die Arbeitsstellung befördert und in Bewegungsschlitzen
elastisch der Bohrmeisel gegen die auszubohrenden Erdmassen und Gesteinsmassen gepreßt
werden. Auch hierdurch wird eine Zerstörung des Bohrmeiseis durch plötzliches Auftreffen
auf harte Gesteinsmassen verhindertx Der Bohrmeisel kann auswechselbar am Kernrohr
angeordnet sein.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die besondere Art dei Antriebs
des Bohrgestänges.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolyenden Beschreibung entsprechend
der beigefügten schematischen Zeichnung.
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Fig. 1 zeigt ein oberes Rohrtauf einem unteren Rohr 2. Auf dem Rohr
1 sind Rippen 1 a aufgeschweißt, die über das obere Ende des des Rohres 1 um ein
kurzes Stück 1 b hinausragen.
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Um das gleiche kurze Stück wie 1 b stehen diese Rippen 1 a am unteren
Ende 1 " nach oben zurück.
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Fig. 1 zeigt am oberen Ende eine weitere Rippe 3 a, die von einem
auf dem Rohr 1 anzuordnenden Rohr 3 mit ihrem unteren Rippen-Endstück 3 b auf die
Außenseite des Rohres 1 greift. Wird das obere Rohr 3 auf das untere Rohr 1 gesetzt,
so sind beide Rohre
mit diesen in entgegengesetzter Richtung auf
ihre Außenseiten geschobenen kurzen Endstückeql b und 3 b miteinander verbunden.
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Zur weiteren Verbindung können in die Rippen, die vorzugsweise Vierkantrohre
sind, zylindrische Verbindungsrohre 24, wie sie am unteren Ende 1 " des Rohres 1
und am oberen Ende des Rohres 2 eingezeichnet sind, in diese beiden Rohre verbindend
eingesetzt sein. Dieses Einsetzen kann in der Weise erfolgen, daß eines der beiden
ineinander zu schiebenden Rohre diese Verbindungsrohre 4 fest, z.B. durch schweißen
trägt und mit dem überstehenden Teil in das andere Rohr verbindend eingeschoben
wird. Die am oberen Ende überstehenden kurzen Stücke 1 b der Rippen 1 und ebenso
nach unten 3 b der Rippe 3 a, der gegenüber eine weitere Rippe 3 a (s. Fig. 2) angeordnet
ist, greifen durch Offnungen einer Gewichtsplatte 6.
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Diese wird mittels eines Hebezugs auf das obere freie Ende des Rohres
1 aufgesetzt.
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Diese Gewichtsplatten 6 dienen dazu, einen wahlweisen Druck auf das
Rohr 1 und sämtliche nach unten folgenden Rohre auszuüben.
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Das unterste Ende des Rohrgestänges ist, wie später beschrieben, ein
Kern-Rohr 11 mit einem Bohr-Meisel 7, der mit dem von der Gewichtsplatte 6 zu erteilenden
Druck auf die auszubohrende Erde rotierend einwirkt. Dazu ist das unterste Gestänge-Rohr
besonders ausgebildet.
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Das nach oben nachfolgende Rohr 3 (in Fig. 1 nicht gezeichnet), das
die Rippen 3 a bzw. 3 b trägt, wird erst eingeschoben, nachdem die Gewichtsplatte
6 wieder abgehoben ist und damit die Verbindung zwischen dem nach oben nachfolgenden
Rohr 3 und dem darunter befindlichen Gestänge-Rohr 1 durch die beschriebenen Rippenenden
3 b bzw. 1b und Rohrstücke 4 erfolgen kann.
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Zum Aufsetzen und zum Abheben der Gewichtsplatte 6 (zunachst auf das
Rohr 1) hat die Platte 6, Oeffnungen 9, in die Haken von Hebevorrichtungen eingreifen
können.
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Diese Gewichtsplatte kann wahlweise aus einer Vielzahl von einzelnen
aufeinander ruhenden Gewichtsplatten bestehen. Je nach Art der Erdbeschaffenheit
bzw. des Gesteins, das der Bohrmeisel 7 durchbohren soll, ist es erforderlich diesen
Druck verschieden zu gestalten, insbesondere bei hartem Gestein einen sehr hohen
Druck auszuüben.
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Die Gewichtsplatten sind immer nur auf dem jeweils nachfolgenden letzten
oberen Rohr anzuordnen. Solche Gestänge-Rohre, wie zu 1 und 3 beschrieben, mit den
zugehörigen Ripperi, können je nach der Tiefe der durchzuführenden Bohrungen in
beliebiger Anzahl miteinander lösbar verbunden, dicht aufeinander folgend, angeordnet
sein.
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Die Gewichtsplatten 6 werden zunächst immer nur auf das jeweils zuletzt
angeordnete Rohr aufgesetzt, und zwar mit dem erforderlichen optimalen Gewicht.
Durch die Erdbohrungen werden die Rohre abgesenkt, und zwar bis zu einer gewissen
Tiefe. Alsdann wird da s Gewicht abgehoben und das nach oben nächstfolgende Rohr
eingesetzt (bzw. aufgesetzt). Dann werden Gewichtsplatten mit dem alsdann erforderlichen
Gewicht wieder aufgesetzt bis auch dieses Rohr eine Lage erreicht, die das Aufsetzen
eines weiteren Gestänge-Rohres erfordert.
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ihren ein Rohr in die Tiefe sich bewegt, kann der Bohrmeisel auf
Gestein stoßen, das eine andere Gewichtsbelastung der Rohre erfordert. Dazu kann
jederzeit der Antrieb der Rohre bzw. des Bohrmeisels unterbrochen werden und ein
zusätzliches Gewicht aufgelegt bzw. bei Minderung ein Teil der aufgelegten Gewichtsplatten
abgehoben werden. Es ist somit möglich alle Voraussetzungen, die ein optimales Arbeiten
des Bohrmeisels erfordert, optimal zu gestalten.
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Der Bohrmeisel 7 ist fest, aber auswechselbar mit dem unteren Ende
eines inneren Rohres 11 (Kernrohr) verbunden. Wird Gestänge-Rohr 2, wie noch später
beschrieben, in Rotation versetzt, so wird durch eine besondere Rippenverbindung
auch das Kern rohr 11 und damit der Bohrmeisel in Rotation versetzt. Dieser Bohrmeisel
besitzt Bohrwindungen von der Mitte ausgehend nach beiden Seiten hin,durch welche
das auszubohrende Erdreich bzw. Gestein, nach oben in das Rohr 2 gefördert wird.
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Da es zweckmäßig ist, diese ausgebohrte Masse zwischenzeitlich vor
Beendigung der Gesamttiefenbohrung, zu untersuchen, wird in das unterste Rohr 2
das erwähnte Kernrohr 11 von oben eingeschoben.
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Dieses Kernrohr 11 trägt am unteren Rohrende 11 eine Klappe, die sich
schließt, wenn das Kernrohr zur Entnahme angehoben wird.
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Zum Anheben besitzt das Kernrohr 11 am oberen Ende einen Bügel 20
oder dergl. In diesen greift ein Seil 21 mit einem Haken zum hochziehen ein (Fig.3
).
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Das Kernrohr ist vorzugsweise mit einer inneren, sackartigen Kunststoffhülle
versehen, die nach unten offen ist und damit die Aufnahme des Erdreiches ermöglicht.
Sie schließt sich, wenn die untere Klappe des Rohres 11 sich schließt.
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Um das Kernrohr 11 in Rotation zu versetzen, besitzt es nach innen
ragende rippenartige Vertiefungen 11 r (s. Fig. 2). In diese setzen sich nach innen
ragende Eingreif-Rippen 2 r an der Innenseite des untersten Rohres die vorzugsweise
auch an den nach oben nachfolgenden Gestänge-Rohren, vorzusehen sind. Wird das Rohr
2 in Rotation versetzt, so wird das Kernrohr 11(und der Bohrmeisel)auch in Rotation
versetzt. In der unteren Endlage (Arbeitslage) des Bohrmeisels 7 darf dieser nach
oben nicht verschiebbar sein. Dazu ist oberhalb des Meisels, auf diesem, ein Rohr
17 starr befestigt, z.B.
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aufgeschweißt (Fig. 3). In diesem sind zwei Stabteile 18 a und 18
b mit einer Druckfeder 19 twischengeordnet. Diese Druckfeder schiebt die Stäbe 18
a, 18 b nach aussen. Diese setzen sich tn der Arbeitslage (Endlage) des Kernrohres
in Lochungen 26 des Rohres 2 ein.
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Damit ist das Kern rohr 11 weder nach oben noch nach unten verschiebbar
(S. Fig. 3).
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Soll das Kernrohr 11 nach oben herausgezogen werden, so muß die Sperre
18 a, 18 b gelöst werden. Dazu sind Seile 30, 31 an den Enden der Stäbe (Fig. 3)
befestigt und am entgegengesetzten Rohrende des Rohres 17, um Röllchen nach oben
geführt an einer Querstange 32 befestigt.
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Die Querstange ist mit einer Verbindungsstange 32 a am beweglichen
Seilbügel 20 a (Fig. 3) befestigt. Dazu greift die Verbindungsstange 32 a beweglich
durch den oberen Abschlußkörper 20 des Kernrohres 11. Wird durch Seil 21 der Bügel
20 a angezogen, so werden auch dte unteren Seile 30, 31 hochgezogen und die Sperrstangen
18 18 a in das Sperrohr 17 zurückgezogen. Damit ist das Kernrohr 11 zur Aufwärtsbewegung
wieder frei.
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Nach Beendigung der Bohrungen muß das Rohrgestänge aus der Bohrung
herausgezogen werden. Das kann mittels Körpern (nicht gez.), die an Stelle der Gewichtsplatte>'1aufgesteckt
werden, geschehen.
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Diese sind mit lösbaren Sperringen oder dergl. am Rohrgestänge und/
oder den Rippenverlängerungen befestigt.
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Auf diese Weise wird das Rohrgestänge jeweils um eine Rohrlänge herausgezogen.
Um das ganze Rohr-Gestänge herausziehen zu können, müssen die einzelnen Rohre in
Richtung der Herausbewegung miteinander verbunden sein.
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Diese Verbindung muß bereits beim Einschieben jedes einzelnen Rohres
erfolgen. Dazu werden die in entgegengesetzter Richtung verlaufenden Fortsätze 1
b, 3 b mit den Rohren auf denen sie aufliegen, fest (aber
lösbar)
verbunden. Dies kann auch zusätzlich in der Weise geschehen, daß die freien Fortsätze
fest (aber lösbar) miteinander und mit den aufgeschweißten gegenseitigen Außenrippen
verbunden sind.
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Das unterste Gestänge-Rohr ist in besonderer Weise ausgebildet, um
das Kernrohr 11 zu betätigen (s. Fig. 1, 3 und 4). Das Gestänge wird von einer rotierenden
Scheibe 50 in Rotation versetzt (Fig.
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1 und 2), die auf einem tragenden Gestell 51, 52 angeordnet ist.
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Dieses Gestell ist im Oberteil horizontal ausgebildet mit einem Zwischenschlitz
55, in welchem die Scheibe 50 in Kugellagern 56, 8 56 a, 57 a, rotieren kann. Die
Scheibe besitzt in der Mitte eine kreisförmige Aussparung 59, durch welche das Rohr-Gestänge
2, 1 und alle nachfolgenden Gestänge-Rohre mit ihren Außen rippen hindurchgeführt
werden können. Die Scheibe trägt an der Innenseite dieser Aussparung 50 Mitnehmerrippen
58. Diese drücken bei der Rotation der Scheibe 50 gegen die Außenrippen der Gestänge-Rohre.
Da alle Rohre miteinander verbunden sind, müssen alle Rohre des Rohrgestänges, die
drehende Bewegung der Mitnehmer-Rippen 58 mitmachen.
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Wie bereits beschrieben, wird durch die Gewichtsplatte 6 das Rohrgestänge
nach unten gepreßt. Dies verhindert nicht die Rotation, da die Außenrippen die rotierenden
Mitnehmerrippen der Rotationsscheibe 50 gleitend berühren.
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Wie bereits erwähnt können die Außenrippen wasserführend und wasserdicht
an den Verbindungsstellen der Rohre ausgeführt sein. Das oberste Rohr kann durch
einen zylindrischen Körper mit Einfüllrohr verschlossen sein. Damit ist es möglich
durch das jeweils oberste Rohr des Gestänges mit hohem hydraulischem Druck, Wasser
zu der unteren Bohrstelle (s. Fig. 1) einzugeben. Hierdurch wird die seitlich des
Bohrmeisels 7 befindliche Erde aufaeweicht. Diese Aufweichung erstreckt sich gleichzeitig
auf die noch unter dem Bohrmeisel befindliche Erde. Die Bohrmeisel sind vorzugsweise
zwischen den Außenrippen verlaufend, so daß sie mit diesem großen Durchmesser
auch
die von dem Wasser angestrahlten Teile des Bodens bei ihren rotierenden Bewegungen
miterfassen.
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Das aus den unteren Enden der Rippen 2 ausströmende Wasser kann nur
zum Teil vom Erdreich in der Schnelligkeit mit der es ausströmt aufgenommen werden,
und dieses aufweichen. Der nicht aufgenommene Teil preßt sich inílSereits vollzogene
Bohrlöch um das Rohr-Gestänge herum nach oben. Hierdurch wird ein Verklemmen des
Rohr-Gestänges in der rohrförmigen Bohrung verhindert bzw. solche Verklemmungen
beseitigt.
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Wie bereits beschrieben, können die Rohrteile des Rohr-Gestänges luftdicht
aufeinander angeordnet sein. Wird in einem solchen Falle die oberste oeffnung des
obersten Rohres luftdicht verschtossen und mit einem Ventilrohr versehen, durch
welches Druckluft in deh freien zylindrischen Raum des Rohrgestänges eingepreßt
wird, so kann damit ein entsprechender Druck auf einen entsprechenden Abschluß Körper
20 (Fig. 3) des Kern-Rohres ausgeübt werden. Werden die Löcher 26 (Fig. 3), durch
welche die Sperrstangen 19 a und 18 b durch das Rohr 2 hindurchgreifen, als senkrechte
Schlitze ausgebildet, so kann damit zugleich eine Auf-/Abwärtsbewegung entsprechend
der senkrechten Schlitzhöhe des Bohr-Meisels ermöglicht werden.
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Diese Auf-/Abwärtsbewegung kann, da das Erdreich bzw. Gestein in seiner
Härte sehr unterschiedlich ist, dem Meisel die Möglichkeit geben, elastisch auf
das Erdreich zu reagieren. Das ist für den Verschleiß des Bohrmeisels von Bedeutung.
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Die Scheibe 50 wird durch einen Riemen 65 (Fig. 1 und 2) angetrieben.
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Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Scheibe 50. Der Antr'iebsriemen
65 wird von einem Motor mit einer lotrechten Welle betätigt. Fig. 2 deutet das Kugellager
57 und nach innen folgend, das weitere Kugellager 56 an. Weiterhin zeigt diese Draufsicht
die in die Aussparung 59 hineinragenden Mitnehmerrippen 58, die wie Fig. 1 zeigt,
an der Innenfläche der Rotationsscheibe so angeordnet sind, daß sie gegen
die
Außenrippen (Fig. 1) diese mitdrehend anschlagen.
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Die Außenrippen sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, entsprechend eckig
als Rohre ausgebildet. Die Rohre 2 tragen nach innen Rippen 2 r. Dies gilt mindestens
für das unterste Rohr 2. Vorzugsweise tragen auch alle nach oben folgende Rohre
solche Innen-Rippen 2 r als Führungsrippen für die Aufwärtsbewegung des Kern-Rohres.
Die inneren Rippen 2 r greifen, wie bereits vor beschrieben, in entsprechende Rillen
11 r, die nach innen in das Rohr 11 eingeprägt sind.
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Durch diese Verbindung wird, wie bereits beschrieben, das Kern-Rohr
11 mit dem an seinem unteren Ende befestigten Bohr-Meisel in Rotation versetzt.
-Trifft der Bohr-Meisel auf nicht zu durchbohrendes hartes Gestein, so kann das
Gestänge herausgenommen werden und Geschoße durch das streng linear verlaufende
Bohrloch abgefeuert werden, Hierdurch kann das Gestein soweit zertrümmert werden,
daß der Bohr-Meisel weiterzubohren vermag. Dazu wird auf vorangehende Anmeldungen
des Erfinders hingewiesen.
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Der Erfindung kommt auch zur Ermittlung von Bodenschätzen, beispielsweise
von Erdöl, Erdgas ,- wie auch zur Gewinnung von Grundwasser aus großen Tiefen,hohe
Bedeutung zu.
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Die Erschließung bisher nicht nutzbarer Gebiete durch Grundwasser,
beispielsweise der Wüsten oder tropischen Gebieten wie Athiopien, ist für die Zukunft
der Menschheit ein überragend lebenswichtiges Ziel.
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Mit einer solchen Sicherung des Lebens ist zugleich eine Sicherung
des Friedens und einer humanitären Gemeinschaft der Völker zu erreichen.
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Möge diese Erfindung dazu beitragen.
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Nachtrag Fig. 4 zeigt einen Bohrmeisel 7 mit einem zentralen ihm vorstehenden
Bohrer 7a von wesentlich geringerem Durchmesser. Dieser Bohrer 79 soll vorweg die
Bohrstelle anbohren und damit dem nachfolgenden Bohrmeisel 7 seine Funktion erleichtern.
Das kann auch stufenweise erfolgen, indem der Bohrer 7a mit einem sehr geringen
Durchmesser seines Stützenteils ausgebildet ist, auf das mehrere Bohrmeisel von
zunehmendem Durchmesser folgen.
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Statt des zentralen Bohrers 7a kann auch ein Stosswerkzeug treten.
Dieses kann durch Druckluft im Gestänge, die stossweise eingegeben wird, mit großer
Kraft das Stosswerkzeug betätigen. Zur Aufwärtsbewegung des Stosswerkzeuges nach
jedem Stoss, kann ein 2wischenkörper im Kernrohr 1i oder im darüber befindlichen
Gestängenrohr 2 unbeweglich befestigt sein, das der Anordnung einer Zugfeder 20
c dient, um die Druckluft unabhängig von dem Zwischenkörper 20 auf den tiefer liegenden
Bohrmeisel bzw. das Stosswerkzeug wirken zu lassen, hat der Zwischenkörper 20 entsprechende
Luftkanäle 20 1.