DE405243C - Bohrvorrichtung - Google Patents

Description

• Bohrvorrichtung. Zur L'ntersucliung der räumlichen Verteilung der elektrischen und magnetischen Eigenschaften im Untergrunde zwecks Aufsuchung der Lage, Verbreitung und Begrenzung von magnetischen oder leitenden Bodenschätzen, «ie Magnetit. Brauneisen, Schwefelkies, Bleiglanz u. dgl., verwendet man zweckmäßig auch Bohrungen. welche in <lein fraglichen Gehietu niedergebracht werden. Dann bietet sich aber jeweils die Schwierigkeit, daß aus technischen Gründen Bohrungen für solche physikalischen Untersuchungen nur ungern und mit Schaden für den Bohrbetrieb längere Zeit zur Verfügung gestellt werden können. Die Unter-1ireclituig der Bohrungen kann es mit sich bringen, daß quellendes Gebirge die Rohre verdrückt oder bewirkt, daß Rohrtouren fest-#,itzen bleiben, welche sonst noch «-eiter hinuntergetrieben werden können, bevor man zu e=iner dünneren Röhrensorte übergeht usw. E: muß daher danach gestrebt werden, physikalische Untersuchungsverfahren nach der l'#'iclitung hin atiszubilclen, (laß während des

  i@ohrbetriebes oder doch wenigstens, ohne daß

  (Ias Bohrgestänge gezogen werden muß, um

  12aum für die physikalische Apparatur zu ge-

  winnen, Messungen angestellt werden können.

  Diesem Zweck dienen die nachfolgend zu

  l,e:clireibeiicleti Einrichtungen:

  Das natürliche Erdfeld beeinflußt den aus

  Eisen gefertigten Bohrer oder das Gestänge,

  an welchem der Bohrer befestigt ist, derartig,

  claß cler Bohrer bzw. das Gestänge magnetisch

  wird. Maßgebend für die Stärke der Magneti-

  sierung und für die Änderung der Magneti-

  sierung beim Fortschreiten des Bohrens werden

  clic# magnetischen Eigenschaften des denBohrer

  um;-ebenden Gebirges sein; außerdem wird auf

  (lcn NIagnetisinus des Bohrers die elektrische

  Leitähigkeit der Umgebung dadurch Einfluß

  gewinnen, daß durch die Bewegung des ma-

  gnetisierten Bohrers in in der Nähe befind-

  lichen leitenden Materialien Wirbelströme er-

  zeugt werden.

  So werden sich z. B. Annäherungen des

  Bohrers an besonders stark magnetisierbare

  Materialien dadurch bemerkbar machen, claß der Bohrer bzw. das Gestänge, an welchen er befestigt ist, stärker magnetisch wird als in einem normal, nicht oder nur schwach inagnetisierbaren Gebirge. Andererseits werden sich Gebirgsschichten, welche besonders schwach magnetisch beeinflußbar sind, im Verhältnis zu dein normalen Gebirgsgefüge dadurch bemerkbar machen, daß sie die Magnetisierung des Bohrers bzw. des Bohrgestänges abschwächen.
• Leitende Körper in der Umgebung der Bohrung werden sich dadurch bemerkbar machen, claß bei einer Auf- und N iederbewegung des Bohrgestänges in diesen leitenden Teilen des Untergrundes Wirbelströme erzeugt werden, welche, auf das magnetisierte Bohrgestänge oder den magnetisierten Bohrer zurückwirkend, dessen magnetisches Moment entsprechend der Geschwindigkeit, finit welcher sich der Bohrer augenblicklich auf oder nieder bewegt, vermindern.
• Indem man also die-magnetische Erregung des Bohrers oder des Bohrgestänges in Abhängigkeit von dein Fortschritte der Bohrung nach der Tiefe zu verfolgt, kann man Rückschlüsse auf die Struktur des den untersten Teil des Bohrgestänges tunriebenden Gebirges ziehen.
• Als Beispiel nun, wie nian die magnetische Erregung des Bohrers oder des Bohrgestänges messend verfolgen kann, sei folgendes ausgeführt: In Abb. i stellt i das Gebirge dar, welches durchbohrt «-erden soll, 2 sei ein Stück 1'Iagneteisen ; 3 sei ein Bohrer, welcher an dein Gestänge d. befestigt ist und mit diesem auf und ab bewegt «erden kann. In dem Stahl des Bohrers 3 ist eine mit 5 eingedreht, in welche eine Spule genügend gegen mechanische Erschütterungen gesichert eingelegt ist. Die Zuleitungen 6 zu dieser Spule seien etwa im Innern des Bohrgestänges nach oben geführt. Bei dem Betrieb wird nun der Bohrer 3 in dem Gestänge auf und ab bewegt, indem er jedesmal zurückfallend auf den Untergrund aufschlägt. Im natürlichen homogenen Erdfelde wird die Spule bei ihrer Bewegung nicht induziert werden, da keine Änderung der sie durchsetzenden Kraftlinienzahl stattfindet. Nähert sich aber der Bohrer 3 bei der Vertiefung des Bohrloches der magnetischen Masse 2, so wird das Feld inhomogen, die Kraftliniendichte ändert sich und es entstehen Induktionsströme, und man kann aus der Änderung dieser Induktionen mit zunehmender Tiefe der Bohrung auf die räumliche Struktur des magnetischen Feldes und damit auf Lage, Form usw. der magnetischen Masse schließen.
• Ordnet man bei einem Bohrsystem mit rotierendem Bohrer die Induktionsspule finit horizontaler Achse an, so kann man die Intensität des Feldes am Orte des Bohrers unmittelbar ausmessen. Man kann in diesem Falle mit dem Bohrapparat einen Kommutator verbinden, der die induzierten Wechselströme gleichrichtet, und kann mittels der ballistischen Galvanometer als Anzeige- oder Registrierinstrument beobachten.
• Die Registrierung der Momehtanwerte der Induktionen in der Spule 5 wird aber außer der Ausmessung der Stärke des Feldes auch noch, was für viele Fälle wichtig ist, ein Maß für die Elastizität und .die Härte des Bohrlochuntergrundes ergeben, indem je nach der Art des Aufpralles des Bohrers 3 auf den Bohrlochgrund die 3,lagnetisierung des Bohrereisens kurzzeitig teilweise reversibel geändert wird, welche sich dann in der Registrierung elektrisch entsprechend widerspiegelt. Wenn inan dann in der Registrierung, sei es mechanisch, sei es durch teilweise elektrische Übertragung, noch den Bohrfortschritt in der Zeiteinheit oder pro Hub aufzeichnet, so erhält man aus der Härte der Schichten und der Geschwindigkeit des Bohrfortschrittes ein -Maß für die Güte des Bohrers, der Sorgfalt des Bohrpersonals u. dgl. Schließlich wird die lZegistrierung außerordentlich wertvolle Hinweise auf die Tätigkeit der Bohrkolonne überhaupt geben, indem sich aus dieser Registrierung jede Störung des Bohrbetriebes, die Bohrgeschwindigkeit, die Hubhöhe usw. ohne weiteres erkennen lassen wird, was gleichzeitig eine außerordentlich wertvolle und sooft cermißte Kontrolle des Bohrpersonals bedeutet.
• Falls die :Tasse 2 nicht magnetisch ist, sondern nur verhältnismäßig viel besser leitet als das Grundgebirge z, in welchem sie eingebettet ist, so wird die natürliche Magnetisierung des Bohrers 3, welche er in der Ruhelage annimmt, bei der Bewegung durch die in 2 induzierten Wirbelströme verändert werden. Während also bei einem magnetisierbaren Körper 2 das magnetische Moment des Bohrers 3 bzw. des Bohrers 3 samt dem Bohrgestänge .l. dauernd verändert wird, solange der Bohrer an der magnetischen Masse vorbeigeht, wird bei einer leitenden Nasse 2 nur während der Bewegung eine Änderung des magnetischen Momentes eintreten. Die Diskussion des zeitlichen Verlaufes der bei der Bewegung des Bohrers in der Spule 5 induzierten Wechselströme läßt ohne weiteres die beiden Ursachen einer Z"eräiiderung der Magnetisierung des Bohrers auseinanderhalten.
• In manchen Fällen wird es Schwierigkeiten bieten, die Spule 5 an dem Bohrer 3 unmittelbar anzubringen, insbesondere auch deshalb, weil die leitende Verbindung zwischen den Meßinstrumenten an der Erdoberfläche und der Spule 5 betriebstechnisch schwierig einwandfrei zu erhalten ist. In solchen Fällen kann man auch so vorgehen, daß man die Spule 5 nicht in dem Bohrer 3 anbringt, sonclern die Spule 5 oben an der Erdoberfläche am Austritte des Bohrloches um das Bohrgestänge .I bzw. auch um die Verrohrung der Bohrung herumlegt und die Veränderungen des magnetischen Feldes am oberen Ende der eisernen Rohre, an und in «-elchen der Bohrer 3 sich auf und ab bewegt, mißt, deren Magnetisierung durch magnetische Leitung seitens der am untersten Ende der Bohrung befindlichen Eisenmasse verändert wird. In dieser Anordnung wird es insbesondere oft @-on Wichtigkeit sein, die Spule 5 am oberen l-'n(le des Bohrloches nicht fest anzuordnen, sondern so, daß man sie auch nach Unterbrechung der aus der Erde herausreichenden Teile des Bohrgestänges für kurze Zeit umlegen kann, indem zunächst die Windungen rechtsläufig um das herausragende Ende der Bohrung gelegt werden, dann die Spule schnell abgenommen und so wieder über die Bohrung geschoben wird, so daß die Windungen linksläufig werden: man erhält dann an dem angeschlossenen elektrischen Meßinstrument ein Maß für die Stärke des zum oberen Ende des Bohrrohres hingeleiteten -Magnetismus, dessen Veränderung mit fortschreitender Tiefe der Bohrung entsprechende Schlüsse auf die Struktur des Untergrundes in der Umgebung der Bohrung zu ziehen erlaubt. In manchen Fällen, insbesondere auch dann, wenn es sich um die Aufsuchung leitender Partien in der C"ingebung des Bohrloches handelt, kann man auch zweckmäßig das Bohrgestänge oder den Bohrer durch eine herumgelegte Spule, die von Gleichstrom durchflossen wird, noch besonders magnetisieren, tun z. B. die Wirbelströme möglichst stark und damit auch ihre Rückwirkung möglichst deutlich zu machen. Man kann beim Stoßbohren auch den Gleichstrom jedesmal beim Hub kurz unterbrechen und wieder einschalten, um beim Aufstoßen dann eine starke Magnetisierungsänderung des Bohrereisens durch den Aufprall entsprechend der Gesteinshärte zu erzielen.

Claims (6)

1. PATENT-ANSPRÜCHE: i. Bohrvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die magnetische Induktion im Bohrgestänge oder die zeitlichen Veränderungen dieser Induktionen bei der Bewegung des Bohrgestänges auf elektromagnetischem Wege anzuzeigen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bohrkopf eine Spule eingebaut ist, deren Ebene senkrecht zur Achse des Bohrgestänges liegt und deren Induktion bei der V er-Schiebung des Bohrers bzw.
3. Gestänges beobachtet und zu Schlüssen über die Umgebung der Bohrung benutzt wird. 3 Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Systemen mit drehendemBohren e.ineSpule mit horizontal liegender Achse in dem Bohrkopf angeordnet wird und daß die Induktion in dieser Spule auf elektrischem `Fege angezeigt und zu Schlüssen auf die Beschaffenheit der Umgebung der Bohrung verwertet wird. .l.
4. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an dem oberen Ende des Gestänges oder der Verrohrung der Bohrung eine Spule konzentrisch um die Bohrung angebracht wird und man deren Induktion an geeigneten @eßinstruinenten beobachtet.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer umlegbaren Spule am obren Ende der Bohrung die Magnetisierung des Bohrgestänges bestimmt und in Abhängigkeit von der Teufe der Bohrung ermittelt wird.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch i bis .I, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrrohr oder der Bohrer durch eine umgelegte Spule mit Gleichstrom magnetisiert wird, der evtl. in einzelnen Phasen des Bohrvorganges unterbrochen oder in seiner Stärke geändert wird. Vorrichtung nach Anspruch i bis d, dadurch gekennzeichnet, daß die Registrierung der in den Spulen erzeugten elektrischen Ströme so eingerichtet wird, daß sie die Abhängigkeit der Bohrarbeiten von der Zeit erkennen läßt, um das Bohrpersonal zu kontrollieren. Vorrichtung nach Anspruch i bis .I, dadurch gekennzeichnet, daß die Registrierung mit einem so kurz periodischen Instrument erfolgt, daß man die Augenblickswerte der in den Spulen induzierten Spannungen so sicher erhält, daß man aus der Form des Induktionsstromes auf die Härte der Schichten schließen kann, auf welche der Bohrmeißel auffällt, wobei außerdem noch der Bohrerfortschritt selbst auf dem gleichen Streifen registriert wird.