DE4318736A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme von Gas- und/oder Öl- und/oder Wasser- und/oder Feststoffproben im Bohrbetrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entnahme von Gas- und/oder Öl- und/oder Wasser- und/oder Feststoffproben während des Niederbringens einer Bohrung, wobei das Bohrge­ stänge nach dem Stillsetzen der Bohranlage und während des Probenehmens im Bohrloch verbleibt und nachdem der Ringraum um das Bohrgestänge abgedichtet worden ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Bohrgestänge mit oberhalb des Bohrkopfes angeordneter Flüssigkeitsentnahmestange, die mit das gröbere Bohrgut zurückhaltenden Filtern versehen ist.

Beim Herstellen von Bohrungen wird mit Hilfe einer Bohranlage ein mit entsprechenden Hartmetallteilen versehener Bohrkopf, der das vordere Ende eines Bohrgestänges bildet, in den Boden eingetrieben. Um das beim Herstellen der Bohrung gelöste Bohrgut nach Übertage bringen zu können, wird in der Regel durch den inneren Bohrgestängekanal Spülung zum Bohrlochgrund geführt, so daß am Meißel bzw. Bohrkopf vorbei diese Flüssigkeit das Bohrgut aufnehmen und nach Übertage bringen kann. Dort werden beide wieder voneinander getrennt, so daß die Bohrflüssigkeit erneut zum Einsatz kommen kann. Solche Bohrungen werden ins Erdreich eingebracht, um bei­ spielsweise Trinkwasser zu erbohren und zu gewinnen. Der­ artige Bohrungen werden aber auch eingebracht, um durch Entnahme von Bohrproben bzw. von anfallendem Wasser Rück­ schlüsse auf den Verunreinigungsgrad von Böden zu schließen. Solche Bohrungen werden schließlich auch hergestellt, um mit Hilfe von Tiefbohrungen Erdöl, Erdgas o.a. Vorkommen zu erschließen. Wird eine Feststoffprobe benötigt, wird über ein entsprechend eingebrachtes Kernbohrgestänge ein Kern erbohrt, der mit Hilfe des Gestänges dann nach Übertage gebracht wird, wo die Probe genauer untersucht werden kann. Bei Öl- und Gasbohrungen bestehen erhebliche Probleme des­ halb, weil diese Wertstoffe im Erdinneren und auch in der Regel unter hohem Druck stehen, so daß bei entsprechenden Probeentnahmen immer die Gefahr besteht, daß der Lager­ stättendruck sich entsprechend auswirkt. Um solche Proben entnehmen zu können, muß nämlich der Druck der Spülflüssig­ keit so weit mininiert werden, daß das Öl bzw. Gas mehr oder weniger von selbst bis zu Tage kommt.

Bekannt ist ein Verfahren und eine Vorrichtung (P 37 13 577 und P 39 16 731), bei dem in gewissen Abständen das Bohrgestänge stillgesetzt und die Bohranlage abgeschaltet wird, um dann vom Tage her durch den Ringspalt zwischen Bohrlochwandung und Außenwandung des Bohrgestänges Sand einzubringen, der sich dann im Bereich eines sogenannten Filterrohres absetzt und einen Ringverschluß bildet, der verhindert, daß die darüberstehende Wassersäule in den Bereich des Filterrohres bzw. Bohrkopfes eindringt. Nachdem hier also eine entsprechende Abdichtung geschaffen ist, werden Bohrungen durch ein Innenrohr geöffnet, die ein Ein­ dringen des im zu untersuchenden Horizont anstehenden Wassers in das Filterrohr ermöglichen. Dabei sind in diesen Ausneh­ mungen Filter angeordnet, die Schmutzstoffe weitgehend zurückhalten. Nach dem Öffnen der Ausnehmungen im Filterrohr durch Hochziehen des Innenrohres kann dann das zu unter­ suchende Wasser abgesaugt werden, wobei letztlich die gesamte im Innenkanal des Bohrgestänge stehende Wassersäule zunächst einmal abgesaugt werden muß, bevor man an das zu untersuchen­ de Wasser bzw. die Flüssigkeit herankommt. Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren ist, daß das Einbringen des Filters im Bereich des Bohrlochmundes schwierig und zeitauf­ wendig ist. Insbesondere bei tieferen, beispielsweise über 100 m reichenden Bohrungen ist der dadurch verursachte Zeit­ aufwand in der Regel nicht vertretbar. Auch das Aktivieren bzw. Inaktivieren des Filterrohres ist sehr aufwendig, weil vom Bohrlochmund her das Rohr im Filterrohr gezogen, d. h. angehoben werden muß, um dann später nach Beendigung des Absaugvorganges wieder herabgelassen zu werden. Hierfür ist ein gesonderter Antrieb notwendig, wobei vom Tage aus so gut wie gar nicht feststellbar ist, ob das vor den Filter­ öffnungen sitzende Rohr im Innenkanal ausreichend weit hoch­ gezogen worden ist oder nicht. Dieses mechanische Aktivieren bzw. Inaktivieren stellt somit eine erhebliche Belastung des Gesamtverfahrens bzw. der entsprechend zu betreibenden Vorrichtung dar.

Bei Herstellungen von Tieflochbohrungen ist es bekannt, den Bohrgutkanal durch sogenannte Packer abzusperren. Hier sind unterschiedliche Ausführungen bekannt, je nachdem, welche Ausrüstung zur Verfügung steht, wobei durch Verdrehen des Bohrgestänges ein entsprechendes Gummi aufgebläht werden kann oder aber vom Tage her wird durch ein Einbringen von Druckluft in einen Kanal zwischen dem Bohrgestänge und einem Gummiteil Druckluft eingepreßt, so daß die aus Gummi be­ stehende Wandung des Packers an die Bohrlochwandung ange­ preßt wird. Nachteilig ist auf jeden Fall, daß hierzu das Bohrgestänge entsprechend beeinflußt, in der Regel sogar gezogen oder teilweise gezogen werden muß. Ein erheblicher Aufwand ist auch entsprechend beim Hereingewinnen des Packers nach Beendigung der Probenahme erforderlich. Von daher werden in der Regel solche Proben nur in unbedingt notwendigen d. h. sehr großen Abständen genommen, wobei man in Kauf nimmt, daß dazwischenliegende Horizonte unbeachtet bleiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von vor allem Tiefbohrungen vorzugeben, daß die Entnahme von Flüssigkeits- und Feststoffproben sowie auch Gas- und Ölproben ermöglicht, ohne daß das Bohrgestänge gezogen werden muß. Außerdem soll eine geeignete Vorrichtung geschaffen werden.

Die Erfindung wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß nach einem Reinigungsnachlauf auch die Spülung unter­ brochen und im etwa 3 cm breitgehaltenen Ringraum ein Ring­ verschluß durch das absinkende Bohrklein erzeugt wird, daß der Flüssigkeitsspiegel der Spülflüssigkeit im Bohrgestänge bis zur Aktivierung der oberhalb des Bohrhammers angeordneten Flüssigkeitsentnahmestange abgesenkt wird und daß gleichzei­ tig oder vorher eine einen ins Bohrgestänge integrierten Packer umhüllende Schutzhülse gezogen und der Packer über einen ebenfalls ins Bohrgestänge integrierten Druckluftspei­ cher gesetzt wird und daß anschließend die Probe gezogen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in aller Regel somit eine Doppelsicherung durch den sich selbst bildenden Ringverschluß und den Packer vor. Dabei wird in aller Regel im Bereich der Erdoberfläche nur ein Ringverschluß und im erheblich tieferen Bereich über 1000 m beispielsweise nur noch der Packer eingebracht. Insbesondere im dazwischen­ liegenden Bereich können aber beide Verschlüsse vorgesehen werden. Der Ringverschluß wird dabei erzeugt, ohne daß von Übertage her Sand o. ä. eingeschüttet werden muß. Vielmehr wird gezielt das Bohrklein benutzt, das beispielsweise auch in einem kurzen noch mal Anziehen der Bohranlage gelöst worden ist und das dann aus relativ kurzer Entfernung zum Bohrkopf wieder absinkt und dabei den Ringverschluß bildet. Anschließend braucht dann nur der Flüssigkeitsspiegel im Bohrgestängekanal abgesenkt zu werden, um ein selbsttätiges Öffnen der Filterteile zu erreichen. Das zu untersuchende Wasser strömt dann durch diese Filter und kann dann abgesaugt werden, so daß nach relativ kurzer Zeit bereits das zu unter­ suchende Wasser am Tage ist. Ist der Meßvorgang beendet, wird einfach der Unterdruck im Bereich Filterrohr wieder abgebaut, so daß dann sich die dort vorgesehenen Ventile automatisch wieder schließen und der Bohrbetrieb wieder aufgenommen werden kann. Die von oben in das Bohrgestänge eingeleitete bzw. eingedrückte Spülung inaktiviert automa­ tisch die Flüssigkeitsentnahmestange, so daß der Bohrbetrieb unbeeinflußt wieder aufgenommen werden kann. Auch der Packer wird, ohne daß das Bohrgestänge gezogen werden muß, aktiviert und auch wieder inaktiviert, indem zunächst einmal die ihn während des Bohrbetriebes schützende Schutzhülse hochgezogen wird, um dann durch entsprechend integrierte Ventile den integrierten Druckluftspeicher mit dem Packerhohlraum zu verbinden, so daß der Packer automatisch aufgebläht wird. Hierbei kann die Länge des Packers den jeweiligen Notwendig­ keiten entsprechend gewählt werden, beispielsweise können auch mehrere Packer miteinander kombiniert werden, so daß ein sehr dichter Verschluß gewährleistet ist, der nach Be­ endigung der Probenahme dann dadurch wieder aufgehoben wird, daß ein Entlastungsventil sich öffnet, das die Luft aus dem Packerhohlraum entweichen läßt, wobei das Druckluftventil gleichzeitig den Druckluftspeicher wieder abschließt, der seinerseits so groß bemessen ist, daß er große Druckluft­ mengen speichern kann. Damit ist die Inbetriebnahme des Packers mehrmals möglich, so daß auch bei Tiefbohrungen von mehr als 2000 m mit einem geeigneten Druckluftspeicher eine mehrmalige Probenahme möglich wird. Insgesamt gesehen kann jede Art von Probe insbesondere dann auch entnommen werden, wenn gleichzeitig mit einem Kernbohrgestänge gearbei­ tet wird, weil dieses Kernbohrgestänge einen genau vorge­ gebenen Bereich erschließt und wieder verschließt, wenn beispielsweise der Lagerstättendruck zu hoch wird. Näheres hierzu wird weiter hinten noch erläutert.

Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß nach dem Setzen des Packers das Kernbohrgestänge hochge­ fahren und insbesondere die Ölprobe entnommen wird. Wie bereits erwähnt ist damit die Möglichkeit gegeben, aus einem genau definierten Bereich Öl- oder Gasproben zu entnehmen, wobei der Lagerstättendruck dafür sorgt, daß die Probe über die Bohrlochwandung in das Bohrloch eindringt, um von hieraus nach Übertage gefördert oder gedrückt zu werden. Die Menge und die Qualität des in dem jeweiligen Horizont anfallenden Produktes kann somit genau ermittelt und nachgehalten werden. Mit Abschluß dieser Überprüfung wird nach oder während der Entnahme der Probe das Kernbohrgestänge wieder abgesenkt und gleichzeitig der Spülflüssigkeitsspiegel im Bohrgestänge angehoben bzw. die Spülflüssigkeit wieder aufgefüllt. Damit ist die Probenahme abgeschlossen und der Bohrbetrieb kann wieder aufgenommen werden, wobei man mit Hilfe des vorlaufen­ den Kernbohrgestänges auch arbeiten kann, ohne daß unbedingt Kerne benötigt werden. Vielmehr dient das vorlaufende Kern­ bohrgestänge wie erläutert quasi als eine Art dritter Packer, über den die Bohrung abgesichert wird.

Um die Probenahme abzusichern, sieht die Erfindung vor, daß während der Vorbereitung und während der Durchfüh­ rung der Probenahme Druck und Temperatur durch ins Kernbohr­ gestänge und/oder in die Flüssigkeitsentnahmestange inte­ grierte Meßsonden überwacht wird. Damit kann frühzeitig und genau auf die Druck- und Temperaturverhältnisse im ange­ fahrenen Gebirge so reagiert werden, daß die Bohrung als solche ungefährdet bleibt.

Sollen genauere Messungen durchgeführt werden oder sind die integrierten Meßsonden durch irgendwelche Umstände bezüglich ihrer Meßgenauigkeit beeinträchtigt, so können während der Bohr- bzw. der Probenahmepausen durchs Bohrge­ stänge Meßsonden bis auf den Bohrgrund abgesenkt und Messungen, vorzugsweise Temperatur- und/oder Druckmessungen durchgeführt werden. Dies gilt sowohl bei reinen Dreh- oder Drehschlagbohrvortriebsverfahren wie auch bei Verfahren mit Kernbohrgestänge, wobei beim Kernbohrgestänge ein Ziehen der Kerne vor Durchführung dieser Arbeiten notwendig ist.

Bei gebrächem Gebirge kann vorteilhaft mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gearbeitet werden, indem nämlich nach oder mit dem Hochziehen des Kernbohrgestänges durch das Bohrgestänge hindurch zementiert wird. Auch hier ist von Vorteil, daß jeweils genau der Bereich, der vom Kern­ bohrgestänge freigezogen ist, bearbeitet oder daß in ihm gearbeitet wird, so daß jeweils genau definierte Abschnitte so verfestigt werden, daß anschließend mit der notwendigen Sicherheit das gesamte Bohrloch tiefergeteuft werden kann. Denkbar ist es natürlich auch, das gesamte Bohrgestänge höherzuziehen, um dann einen entsprechend größeren Abschnitt bzw. den Abschnitt mitzuzementieren, wo vorher der Erweite­ rungsmeißel tätig gewesen ist. In aller Regel ist es aber vorteilhaft, wenn für den Erweiterungsmeißel ein Gebirgsbe­ reich zur Verfügung gestellt wird, wo er eine genau definier­ te Bohrung herstellen kann, so daß anschließend auch eine entsprechende vorteilhafte Nutzung dieses Bohrloches sicher ist.

Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung, bei der das Bohrgestänge eine oberhalb der Flüssigkeitsent­ nahmestange angeordnete Energiestange aufweist, die mit einem in die Bohrgestängewand eingelassenen Druckluftspeicher und einem damit über ein Druckluftventil verbindbaren Packer ausgerüstet ist, wobei der Packer zur Bohrlochwand hin durch eine axial verschiebbar ausgebildete Schutzhülse abgedeckt ist und daß der Packerhohlraum über ein Entlastungsventil mit dem Bohrgestängekanal oder dem Ringkanal koppelbar ist, und daß die Flüssigkeitsentnahmestange eine Filterkammer aufweist, die über Sperrventile gegen die Spülung im Bohr­ gestängekanal bzw. einem Ringkanal verschlossen ist.

Mit einer derartigen Vorrichtung kann zunächst einmal, wie weiter vorne geschildert, der Ringverschluß hergestellt werden, wenn im oberflächennahen Bereich oder wenn unter entsprechend günstigen Verhältnissen gearbeitet wird, die mit Hilfe des Bohrkleins die Bildung des gewünschten Ring­ verschlusses ermöglicht. Gleichzeitig oder aber insbesondere bei größeren Teufen wird der Packer dann aktiviert, wobei dieser Packer, wie erläutert, in die Energiestange zusammen mit dem benötigten Druckluftspeicher integriert ist. Die den Packer absichernde Schutzhülse kann in Richtung der Längsachse des Bohrloches verschoben werden, so daß dann der dahinter befindliche Packer durch einströmende Druckluft aufgebläht werden kann, so daß er sich an die Bohrlochwand anpreßt und damit das Bohrloch wirksam verschließt. Der Druckluftspeicher ist so bemessen, daß bei üblichen Teufen genügend Druckluft zur Verfügung steht, so daß das Setzen des Packers mehrfach vorgenommen werden kann. Die unterhalb des Packers bzw. der Energiestange angeordnete Filter bzw. die Flüssigkeitsentnahmestange sorgt dafür, daß insbesondere bei der Entnahme von Wasserproben jeweils das Wasser ent­ nommen wird, das in dem erzeugten Bereich anfällt und ent­ sprechend so gereinigt ist, daß es Übertage zu entsprechenden Überprüfungen und Messungen ausgenutzt werden kann. Die Sperrventile sind dabei so angeordnet und ausgebildet, daß sie jeweils bei entsprechender Druckentlastung im Bohrge­ stängekanal selbsttätig öffnen, so daß das vom Lagerstätten­ druck in die Filterkammern eingedrückte Wasser bzw. die sonstige Flüssigkeit in dem Bohrgestängekanal einströmen und von hier nach Übertage gefördert werden kann. Hierzu wird eine Pumpe beispielsweise in den Bohrgestängekanal eingehängt, so daß der Wasserspiegel bzw. Spülflüssigkeits­ spiegel in dem Bohrgestängekanal entsprechend genau abgesenkt werden kann. Während des Bohrbetriebes dagegen drückt die Spülung die Sperrventile in ihre Sitze, so daß umgekehrt Spülung nicht durch die Filterkammern nach außen strömen kann. Vielmehr wird die Spülung bis in den Bohrkopf hinab­ gedrückt, von wo sie das Bohrklein mitnimmt, um durch den Außenkanal wieder zum Tage zu strömen.

Auch bei Einsatz eines Kernbohrgestänges ist die Erfin­ dung zu verwirklichen, wozu das Bohrgestänge eine oberhalb der Flüssigkeitsentnahmestange angeordnete Energiestange aufweist, die mit einem in die Bohrgestängewand eingelassenen Druckluftspeicher und einem damit über ein Druckluftventil verbindbaren Packer ausgerüstet ist, wobei der Packer zur Bohrlochwand hin durch eine axial verschiebbar ausgebildete Schutzhülse abgedeckt ist, daß der Packerhohlraum über ein Entlastungsventil mit dem Bohrgestängekanal oder dem Ring­ kanal kopppelbar ist und daß die Flüssigkeitsentnahmestange eine Filterkammer aufweist, die über Sperrventile gegen die Spülung im Bohrgestängekanal bzw. einem Ringkanal ver­ schlossen ist und daß Ringkanal und Bohrgestängekanal über ein zum Ringkanal sperrendes Klappventil verbunden sind. Über dieses Klappventil wird sichergestellt, daß eine geringe Menge der Spülflüssigkeit auch während des Bohrbetriebes in den Kernraum gelangt, so daß ein Festsetzen des Bohrkerns im Kernbohrgestänge ausgeschlossen ist. Vielmehr schiebt sich dieser Bohrkern gleichsam auf einem Wasserfilm schwim­ mend in das Gestänge ein, so daß später ein gleichmäßig geformter und unbeeinflußter Kern entnommen werden kann. Im übrigen entspricht der Aufbau dieser Vorrichtung der Vorrichtung, die für ein Hammerschlagbohrgerät oder ein ähnliches Bohrverfahren benötigt wird.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das dem Druckluftspeicher zugeordnete Druckluftventil mit dem Entlastungsventil wechselweise schaltend verbunden ist. Damit ist sichergestellt, daß mit dem Öffnen des Druckluftventils das weit darüber angeordnete Entlastungsventil geschlossen ist, während bei Öffnen des Entlastungsventils das Druckluftventil schließt, so daß Druckluft aus dem Druckluftspeicher nicht mehr in den Packer­ hohlraum einströmen kann. Damit ist einmal sichergestellt, daß der Packer sich schnell und gleichmäßig mit Druckluft o. ä. Gas füllt und daß nach Beendigung der Probenahme der Packer auch schnell wieder so entlastet werden kann, daß die Schutzhülse darüberzuschieben ist, um den Bohrbetrieb wieder aufnehmen zu können.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß das Ent­ lastungsventil als Kippventil mit Kipphebel ausgebildet ist, so daß der entsprechende Umschaltvorgang am Entlastungs­ ventil über die sich bewegende Schutzhülse erzeugt werden kann. Wird die Schutzhülse hochgezogen, wird das Entlastungs­ ventil spätestens in diesem Moment geschlossen, so daß das Druckluftventil gleichzeitig öffnen und Druckluft in den Packerhohlraum einströmen lassen kann. Wird dann nach Beendi­ gung der Arbeiten und Abschluß der Probenahme die Schutz­ hülse wieder abgesenkt, wird über den Kipphebel das Kipp­ ventil geöffnet und gleichzeitig das Druckluftventil wieder geschlossen, so daß sich der Packer entlasten kann.

Um die jeweiligen Vorgänge in möglichst kurzem Zeitraum vornehmen zu können, sieht die Erfindung vor, daß über den Umfang des Bohrgestänges verteilt mehrere Druckluftven­ tile und ggfs. auch Entlastungsventile vorgesehen sind. Diese Ventile werden jeweils so geschaltet, daß sie entweder gleichzeitig öffnen und schließen oder aber im kurzen Zeit­ raum hintereinander, so daß Schläge nicht entstehen können, sondern vielmehr eine gleichmäßige Belastung beispielsweise des Packers oder auch Entlastung eintritt. Letzteres hat daher deutliche Vorteile.

Um sowohl den Druckluftspeicher wie auch den Packer in der Energiestange unterbringen zu können, sieht die Erfin­ dung vor, daß die Energiestange einen dem der Flüssigkeits­ entnahmestange entsprechenden Durchmesser und einen verengten Bohrgestängekanal aufweist und daß in dem dem Bohrkopf zuge­ wandten Teil der Druckluftspeicher und in dem darüber ange­ ordneten Teil der Packer ausgebildet sind. Zunächst einmal sind damit die beiden platzaufwendigen Teile in unterschied­ lichen Abschnitten der Energiestange untergebracht und zum anderen ist sichergestellt, daß diese Energiestange keine Behinderung des Bohrbetriebes erbringt. Vielmehr ist ledig­ lich der Bohrgestängekanal verengt, was allenfalls dazu führt, daß die Bohrflüssigkeit gegen einen größeren Druck zum Bohrlochgrund gedrückt werden muß. Da erfindungsgemäß die Energiestange ja mit dem Bohrlochfortschritt in den Erdboden hineinwandert, kann schon bei relativ kurzem Bohr­ gestänge eine vollständige Vorrichtung eingesetzt werden. Da das Bohrgestänge als solches aus hochwertigem Material hergestellt wird, ist es möglich, in die Bohrgestängewand bei entsprechender Ausbildung sowohl den Druckluftspeicher wie auch den Packer zu integrieren, ohne daß es zu einer Schwächung des Bohrgestänges insgesamt kommt.

Um das Kippventil sicher bedienen zu können und um während des Bohrbetriebes eine Sicherung des Packers zu erreichen, sieht die Erfindung vor, daß die Schutzhülse einen sich auf das Bohrgestänge im Bereich des Druckluft­ speichers/Druckluftventils abstützenden Fuß mit einer zur Packeraußenwand gerichteten und mit dem Druckluftventil korrespondierenden Nase aufweist. Der Fuß ist dabei so ausge­ bildet, daß hier durch einfache Mittel beispielsweise Dicht­ ringe ein wirksamer Verschluß erreicht wird, der das Ein­ dringen von Bohrgut o. ä. in den Bereich des Packers sicher ausschließt. Gleichzeitig dient der Fuß mit seiner Nase dazu, das Kippventil zu betätigen, über das dann der Druck­ luftspeicher aktiviert bzw. inaktiviert wird. Aufgrund des Gewichtes der Schutzhülse ist dabei die Abdichtung durch das Eigengewicht gesichert, so daß es besonderer Maßnahmen nicht bedarf, selbst wenn man in größeren Teufen mit einem nicht unerheblichen Druck im Bereich zwischen Bohrlochwand und Bohrgestängeaußenwand rechnen muß.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schutzhülse bis zu Tage reichend ausgebildet und getrennt vom Bohrgestänge in Bohrlochlängs­ richtung verschiebbar ist. Dies hat zwar den Nachteil, daß praktisch ein zusätzliches Gestänge bis zu Tage geführt werden muß, gibt aber die Möglichkeit, praktisch ohne Sonder­ maßnahmen die Schutzhülse jeweils zu ziehen bzw. in ihre den Packer sichernde Position zu bringen. In der Regel aber wird man eine andere, weiter hinten erläuterte Ausbildung wählen, bei der nämlich die Schutzhülse über ein besonderes Gewinde mit dem Bohrgestänge so verbunden ist, daß sie je­ weils mit dem Bohrgestänge gezogen bzw. auch wieder zurück abgesenkt werden kann. Es entfällt dann der erwähnte zusätz­ liche Gestängestrang, der naturgemäß wegen des Gewichtes auch eine besondere Ausbildung des Bohrturms erfordern würde. Die Länge der gesamten Sondereinrichtung in Form der Energie­ stange und der Flüssigkeitsentnahmestange ist grundsätzlich nicht vorgegeben, sondern hängt mehr oder weniger von den jeweiligen Gegebenheiten ab. Allerdings kann die Länge des Packers und damit der Schutzhülse nicht unbegrenzt gewählt werden, vielmehr ist sie durch die Bohrturmhöhe begrenzt, da die Schutzhülse ja, wie weiter oben beschrieben, durch Ziehen des Teilbohrgestängestranges angehoben bzw. später auch wieder abgesenkt werden muß.

Um ein durchgehendes Schutzhülsengestänge zu vermeiden, ist ja vorgesehen, daß die Schutzhülse am dem Bohrkopf abge­ wandten Ende über ein Gewinde mit dem Bohrgestänge verbunden ist, das entgegen dem üblichen Stangengewinde öffnend ausge­ bildet ist. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, den oberen Teil des Bohrgestänges vom unteren so zu trennen, daß mit dem Anheben des oberen Teils des Bohrgestänges gleichzeitig auch die Hülse gezogen wird. Dann kann der Packer aktiviert und später auch wieder inaktiviert werden, ohne daß die Notwendigkeit besteht, Fangvorrichtungen o. ä. in das Bohrloch abzusenken. Das durchgehende und abgedichtete Bohrgestänge wird dabei dadurch gewährleistet, daß das Bohrgestänge außen­ wandig und die Schutzhülse innenwandig mit korrespondierend ausgebildeten Dichtvorsprüngen ausgerüstet sind. Wird damit das obere Bohrgestänge und die Schutzhülse gezogen, so kommt es automatisch an den Dichtvorsprüngen bei der Endposition der Schutzhülse zu einem Abdichten, so daß das insgesamt durchgehende Gestänge wieder sichergestellt ist. Damit ist das Probenehmen möglich, ohne daß sich Teile der Probe durch irgendwelche undichten Bereiche des Bohrgestänges vom Probe­ strom trennen können.

Während des Ziehens der Schutzhülse und des dazu not­ wendigen Drehens des Bohrgestänges kann es erfindungsgemäß nicht zu einem unbeabsichtigten Lösen der übrigen Gewinde­ verbindungen kommen, da erfindungsgemäß das Bohrgestänge im Bereich der Energiestange über das Stangengewinde durch­ örternde Gewindesicherungsbolzen gesichert ist. Diese Gewin­ desicherungsbolzen verhindern ein unbeabsichtigtes Mitdrehen und -lösen der Gewindesicherung.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Gewindesicherungsbolzen als von außen in korrespon­ dierend geformte Ausnehmungen, die in den aneinanderstoßenden Rohren vorgesehen sind, einsetzbare Sicherungshalter aus­ gebildet sind. Diese Sicherungshalter werden quasi einge­ klippst, so daß der Vorgang schnell und ohne Probleme vorge­ nommen werden kann, wenn die einzelnen Bohrstangen aneinan­ dergesetzt werden. Die Sicherungshalter können beispielsweise über eine Magnetzange o. ä. weitgehend automatisch angebracht werden, so daß eine manuelle Arbeit entfällt. Genausogut können die Sicherungshalter auch aus ihrer Fixierung wieder gelöst werden, wenn das Bohrgestänge gezogen wird.

Die Sicherungshalter sind dabei zweckmäßigerweise ge­ sichert, indem sie über Druckfedern in den Ausnehmungen fixiert sind. Gegen den Druck der Druckfeder kann der Siche­ rungshalter zwar bewußt leicht entnommen und damit die Ge­ windesicherung aufgehoben werden, nicht aber durch eine entsprechende Handhabung des gesamten Bohrgestänges.

Ein gewisses Weiterdrehen der Rohre gegeneinander auch bei eingebrachtem Gewindesicherungsbolzen bzw. Sicherungshal­ ter ist möglich, indem die Ausnehmungen in einem der anein­ anderstoßenden Rohre in Umfangsrichtung verbreitert ausge­ bildet sind. Damit ist entgegen der Drehrichtung eine gewisse Beweglichkeit möglich, beispielsweise um eine festsitzende Verbindung leicht lösen zu können, nicht aber in Gegenrich­ tung, wo vielmehr bei einem entsprechenden Drehvorgang die Gewindeverbindung weiter angezogen wird.

Weiter vorne ist bereits darauf hingewiesen worden, daß die Länge insbesondere der Schutzhülse von dem jeweils zur Verfügung stehenden Bohrturm abhängt. Um hier eine rich­ tige Handhabung zu gewährleisten, sieht die Erfindung vor, daß die Energiestange eine etwa der verfügbaren Bohrturmhöhe entsprechende Länge aufweist.

Eine ausreichende Menge an Druckenergie zur Betätigung des Packers kann im entsprechend groß ausgebildeten Druck­ luftspeicher vorgehalten werden, wenn der Druckluftspeicher selbst und das Druckluftventil auf rd. 150 bar ausgelegt sind. Damit steht für mehrere Füllvorgänge genügend Druck­ energie bzw. Druckluft zur Verfügung, ohne daß eine Gefähr­ dung gegeben ist, da ja, wie weiter vorne erläutert, das Bohrstangenmaterial entsprechende Drücke ohne weiteres zu­ läßt.

Ein gleichzeitiges Betreiben des Kernbohrmeißels und des Erweiterungsmeißels ist erfindungsgemäß dadurch möglich, daß der Antrieb für den Kernbohrmeißel und den Erweiterungs­ meißel über Übersetzungsgetriebe mit dem Kernbohrgestänge bzw. Bohrgestänge verbunden sind, die eine Umdrehung von rd. 90 bzw. rd. 60 Umdrehungen pro Minute gewährleisten. Damit können beide Meißel gleichmäßig arbeiten, um bei not­ wendigen Probenahmen auch jeweils in dem vorgesehenen Hori­ zont zu stehen. Beide Meißel behalten den gleichen Abstand zueinander. Ein Voreilen des Kernbohrmeißels ist damit aus­ geschlossen. Dies wird insbesondere aber auch dadurch unter­ bunden, daß im Bereich des Klappventils den Vorschub des Kernbohrgestänges gegenüber dem Bohrgestänge begrenzende, zwischen beiden angeordnete Anschläge ausgebildet sind. Diese Anschläge sorgen dafür, daß das Kernbohrgestänge je­ weils nur einen Maximalabstand bzw. der Kernbohrmeißel einen Maximalabstand zum Erweiterungsmeißel erreichen kann. Ist dieser erreicht, so wird über die Anschläge sichergestellt, daß der Kernbohrmeißel gebremst wird, bis der Erweiterungs­ meißel ihn wieder ein- bzw. überholt hat.

Zur gleichmäßigen und rechtzeitigen Überwachung der einzelnen Kenngrößen im Bohrloch sieht die Erfindung vor, daß in das Kernbohrgestänge und/oder das Bohrgestänge Meß­ sonden im Bereich der Flüssigkeitsentnahmestange eingelassen sind. Hierdurch ist es möglich, kontinuierliche Messungen vorzunehmen und sowohl den Druck wie auch die Temperatur so zu überwachen, daß die Bohrarbeiten entsprechend darauf abgestellt werden können.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen sind, über die Bohrungen praktisch beliebiger Teufe abgebohrt werden können, ohne daß es erforderlich ist, zu telesko­ pieren, d. h. immer kleinere Bohrer und Bohrstangen einzu­ setzen, um der Reibung des Bohrgestänges an der Bohrlochwand entgegenzuwirken. Dies ist insbesondere bei Kernbohrungen der Fall, wo praktisch alle 50 bis 100 m eine entsprechende Maßnahme vorgenommen werden muß. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung können gleichzeitig mit einem Bohrstrang vier Funktionen verwirklicht werden, nämlich ein Kernbohren, wobei die Bohrkerne ungestört entnommen werden können, darüber hinaus können praktisch an beliebigen Stellen Wasser-, Flüssigkeits- oder Gasproben sowie auch Ölproben entnommen werden. Schließlich kann insbesondere beim Kernbohren die Bohrung so aufgeweitet werden, daß auch bei großen Teufen noch ausreichende Querschnitte im Bereich des Bohrgrundes zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus kann praktisch in beliebigen Abschnitten und in beliebigen Zeitabständen eine Probenahme auch dann erfolgen, wenn auf­ grund zu großer Teufen ein Setzen von Packern notwendig ist. Hier kann jeweils der Packer gesetzt werden und zwar ohne daß das Bohrgestänge gezogen und ein entsprechender Packer eingebracht werden muß. Vielmehr wird auch dort, wo die Spülung zu zäh ist, um einen Ringverschluß zu erzeu­ gen, der Packer über den Druckluft- oder Energiespeicher so aktiviert, daß er einen absoluten Verschluß erbringt. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß aufgrund der zum Einsatz kommenden Energiestange ein Packer oder auch mehrere überein­ ander angeordnete Packer verwirklicht werden, so daß allein schon durch die räumliche Erstreckung des Packers der gewünschte sichere Verschluß immer vorhanden ist. Selbst­ verständlich ist es auch möglich, Vollbohrungen durchzuführen oder aber auch Kernbohrungen vorab, um dann anschließend die Erweiterungsbohrung niederzubringen. Insgesamt ist damit ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, die sehr vielseitig eingesetzt werden kann und die ein Kernen bis in Teufen erlaubt, die bisher für derartige Arbeiten nicht mehr realisierbar waren. Es kann mit einem Durchmesser bis in 3000 bis 4000 m Teufe oder auch darüber hinaus gearbeitet werden, wobei vorteilhaft aufgrund der großen zur Verfügung gestellten Durchmesser auch kompliziertere Meßgeräte bei genaueren Prüfungen in das Bohrloch bis zum Bohrgrund abge­ senkt werden können. Weiter ist als Vorteil zu erwähnen, daß durch das Kernbohrgestänge nicht nur eine genaue und sichere Entnahme von Öl- und Gasproben möglich ist, sondern daß durch dieses Gestänge hindurch auch ein Zementieren ermöglicht wird, daß das weitere Abteufen der Bohrung insge­ samt erleichtert bzw. erst überhaupt möglich macht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegen­ standes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsbei­ spiele mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 den Bohrkopf für eine Vollbohrung im Schnitt,

Fig. 2 den die Flüssigkeitsentnahmestange zeigen­ den Abschnitt des Bohrgestänges,

Fig. 3 den die Energiestange aufweisenden Ab­ schnitt des Bohrgestänges im Schnitt,

Fig. 4 den Übergangsbereich des Bohrgestänges zwischen Energiestange und Übergangsstange,

Fig. 5 den Übergangsbereich zwischen Übergangs­ gestänge und Normbohrgestänge,

Fig. 6 eine Gewindesicherung zwischen zwei Bohr­ stangen,

Fig. 7 den Bohrkopf eines Kernbohrgestänges und einen Erweiterungsmeißel,

Fig. 8 den Gestängeabschnitt mit der Flüssigkeits­ entnahmestange bei einem Kernbohrgestänge,

Fig. 9 den Übergang zwischen Flüssigkeitsentnahme­ stange und Zwischengestänge,

Fig. 10 und Fig. 11 die Energiestange im Schnitt,

Fig. 12 den Abdichtabschnitt zwischen Energiestange und Schutzhülse und

Fig. 13 den Übergangsbereich zwischen Sonderbohr­ gestänge und Normbohrgestänge.

Fig. 1 deutet ein ins Gebirge eingebrachtes Bohrloch an, in dem sich der Bohrkopf (1) befindet. Dieser Bohrkopf ist mit einem Warzenmeißel (2) ausgerüstet, der das Gestein im Bereich des Bohrlochtiefsten auflockert und zertrümmert, so daß es dann an der Bohrlochwand (4) entlang durch den Bohrgutkanal (5) über die Spülung aus dem Bohrlochtiefsten entfernt werden kann. Der Bohrkopf (1) bzw. der Warzenmeißel (2) ist dabei so dimensioniert, daß sich immer zwischen Bohrlochwand (4) und Bohrgestänge (6) ein ausreichend brei­ ter, hier in der Regel 3 cm aufweisender Bohrgutkanal (5) ergibt.

Das Bohrgestänge (6) wird aus mehreren Bohrstangen zusammengesetzt, die über ein korrespondierendes Stangenge­ winde (7) verfügen. Bei der hier gezeigten Ausführung ist das Stangengewinde (7) jeweils über Gewindesicherungsbolzen (8) so gesichert, daß auch bei einem versehentlich entspre­ chenden Drehen des Bohrgestänges (6) sich die einzelnen Bohrstangen nicht voneinander lösen können.

Oberhalb des Bohrkopfes (1) befindet sich die Flüssig­ keitsentnahmestange (10), die von dem unteren Bereich durch eine Rückschlagklappe (9) gesichert ist. Hierdurch wird erreicht, daß bei einem Absaugen von Wasser über die Flüssig­ keitsentnahmestange (10) Wasser nur durch die Flüssigkeits­ entnahmestange (10) und die darin untergebrachte Filterkammer (12) abgesaugt wird. Die Rückschlagklappe (9) ist dabei über einen Federsicherungsring (11) so fixiert, daß sie sich leicht je nach Bewegung des Wassers bzw. des im Bohr­ gestängekanal (20) fließenden Mediums öffnet oder schließt.

Die Filterkammern (12) sind mit Filtergut (13) bestückt, die je nach Aufgabenstellung sicherstellen, daß das gröbere Gut zurückgehalten wird, während nur Wasser und feines Bohr­ gut mit durch die Filterkammer (12) in den Bohrgestängekanal (20) eintreten kann.

Das Filtergut (13) wird über eine Öffnung an die Filter­ kammer (12) eingefüllt, die hier über eine Füllschraube (14) gesichert ist.

Ansonsten sind über die Länge der Flüssigkeitsentnahme­ stange (10) mehrere Bohrungen (16) vorgesehen, in die Siebe (15) eingelassen sind, über die das ganz grobe Gut von vorn­ herein festgehalten wird und erst gar nicht in die Filterkam­ mern (12) gelangen kann. Die einzelnen Siebe (15) sind über entsprechende Sicherungen in den Bohrungen (16) so festge­ legt, daß sie auch bei evtl. versehentlich mal umgekehrter Führung des Wassers bzw. der Spülung (19) nicht aus ihrer Fixierung herausgedrückt werden können.

Fig. 2 zeigt dann den oberen Bereich der Flüssigkeits­ entnahmestange (10) mit der Filterplatte (17), die das Filtergut (13) daran hindert, mit in den Bohrgestängekanal (20) einzutreten. Am Ausgang der Filterkammern (12) sind Sperrventile (18) positioniert, über die sichergestellt ist, daß bei entsprechender Beaufschlagung mit Spülung (19) diese nicht durch die Filterkammern (12), sondern vielmehr durch den Bohrgestängekanal (20) bis zur Bohrlochsohle (21) strömt. Deutlich ist beim Vergleich der Fig. 1 und 2, daß der Bohrgestängekanal (20) sich im Bereich der Flüssigkeits­ entnahmestange (10) verjüngt. Diese Verjüngung weist der Bohrgestängekanal (20) darüber hinaus auch in der darüber befindlichen Energiestange (24) auf.

Die Energiestange (24) verfügt über eine verdickte Bohrgestängewand (25) in die zunächst von der Bohrlochsohle (21) her gesehen im Druckluftspeicher (26) untergebracht sind. Diese Druckluftspeicher (26) ziehen sich über Fig. 2 und 3 hin, wobei deutlich wird, daß in einem solchen Druck­ luftspeicher (26) große Mengen an Druckluft unter hohem Druck so vorgehalten werden können, daß der aus Fig. 3 be­ reits ersichtliche Packer (33) mehrfach aufgeblasen und wieder entleert werden kann.

Um den Packer (33) zu beeinflussen, ist der Druckluft­ speicher (26) über einen Luftkanal (27) mit dem Packerhohl­ raum (36) verbunden. In diesen Luftkanal (27) ist ein Druck­ luftventil (29) eingelassen, über das die Druckluftzufuhr gesperrt oder geöffnet werden kann. Das gesamte Druckluft­ ventil (29) ist über eine Verschlußschraube (30) gesichert in einer entsprechenden Bohrung in der Energiestange (24) untergebracht. Mit (31) ist ein Kontaktnippel bezeichnet, über den das Druckluftventil (29) mitgeschaltet werden kann. Gleichzeitig kann oder ist dieser Kontaktnippel (31) auch so ausgebildet, daß er den Fußbereich der Schutzhülse (35) bei aufsitzender Schutzhülse (35) sichert.

Der Druckluftspeicher (26) wird Übertage mit beispiels­ weise um 150 bar mit Druckluft gefüllt, wozu das Füll- und Ablaßventil (28) vorgesehen ist.

Der Packer (33) ist im Fußbereich und auch im Kopfbe­ reich über eine Packerfassung (34) so fixiert, daß er beim Aufblähen nicht aus dieser Fassung herausrutschen kann, so daß sich dahinter der schon erwähnte Packerhohlraum (36) ergibt, der entsprechend mit Druckluft aus dem Druckluft­ speicher (26) versorgt wird. Mit (33′) ist der aufgeblähte Packer (33) angedeutet, d. h. nach Verbindung des Packerhohl­ raums (36) mit dem Druckluftspeicher (26). Gleichzeitig mit Öffnen des Druckluftventils (29) hat das Entlastungs­ ventil (37) am anderen Ende des Packers (33) geschlossen, so daß sich hier der notwendige Hohlraum ergibt, der mit Druckluft aufgefüllt die Wandung des Packers zwingt, sich aufzublähen, so daß die Packeraußenwandung (40) dicht an die Bohrlochwand (4) angedrückt wird.

Fig. 4 zeigt den oberen Bereich der Energiestange (24), während Fig. 3 den unteren zeigt. Auch hier ist ein Ventil angeordnet, das den oberen Bereich des Packerhohlraums (36) verschließt bzw. je nach Bedarf auch öffnet. Hierzu ist das Entlastungsventil (37) als Kippventil (38) mit Kipphebel (39) ausgebildet, d. h. mit Anheben der Schutzhülse (35) wird der Kipphebel (39) einmal betätigt, um dieses Ventil zu schließen und beim Absenken der Schutzhülse (35) um sich wieder zu öffnen. So kann auf einfache Art und Weise mit der sowieso anzuhebenden Schutzhülse (35) auch das Ventil bzw. die Ventile (37, 29) betätigt werden. Die beiden Ven­ tile, nämlich das Druckluftventil (29) und das Kippventil (38) sind so korrespondierend geschaltet, daß sie jeweils wechselweise öffnen.

Das Betätigen des Kipphebels (39) wird durch die be­ sondere Ausbildung des Fußes (41) der Schutzhülse (35) er­ leichtert, die hier über eine Nase (42) verfügt, die jeweils den Kipphebel (39) hin- und herbewegt. Dieser Fuß (41) bzw. die Nase (42) haben gleichzeitig die Aufgabe, diesen unteren Bereich der Energiestange (24) abzudichten, was weiter oben bereits erwähnt worden ist. Hierzu kann es auch zweckmäßig zweckmäßig sein, im Bereich des Fußes (41) einen gesonderten Dichtring anzuordnen oder aber den Kontaktnippel (31) ent­ sprechend auszubilden.

Fig. 4 zeigt wie bereits erwähnt das obere Ende der Energiestange (24) und die besondere Ausbildung der Schutz­ hülse (35), die, wie bereits erwähnt, zur Aktivierung des Packers (33) angehoben bzw. zur Inaktivierung wieder abge­ senkt werden muß und die zusätzlich die Aufgabe hat, während des Bohrbetriebes den Packer (33) vor Beschädigungen zu schützen. Um die Schutzhülse (35) anheben und auch wieder absenken zu können, ist diese mit dem Normbohrgestänge (48) über ein Gewinde (47) verbunden. Dieses Gewinde (47) ist so ausgebildet, daß es bei entsprechendem Drehen des Norm­ bohrgestänges (48) die Verbindung zum Bohrgestänge (6) auf­ gibt, so daß dann die Schutzhülse (35) weiter angehoben werden kann. Um dabei eine Abdichtung in diesem Bereich zu gewährleisten, sind das Bohrgestänge (6) mit Dichtvor­ sprüngen (43) und die Schutzhülse (35) mit einem Dichtvor­ sprung bzw. Dichtvorsprüngen (44′ bzw. 44′′) ausgerüstet. Diese Dichtvorsprünge (44) korrespondieren mit den Dichtvor­ sprüngen (43′ und 43′′), so daß hier die schon erwähnte Abdichtung jederzeit sicher zu erreichen ist.

Fig. 5 zeigt den oberen Endbereich des Sonderbohrge­ stänges (46), das wiederum mit einem entsprechenden Gewinde mit dem Normbohrgestänge (48) verbunden ist. Auch dieses Gewinde kann entsprechend den weiter unten geschilderten Sicherungen gesichert werden.

Eine besondere Ausbildung einer solchen Gewindesicherung zeigt auch Fig. 6. Hier sind in den aneinanderstoßenden Rohren (56, 57) jeweils Ausnehmungen (50, 51) ausgebildet, in die ein Sicherungshalter (52) eingeschoben werden kann. Hierzu sind im Bereich der Ausnehmung (51) ein Rücksprung (53) und im Bereich der Ausnehmung (50) ein Vorsprung (54) am Sicherungshalter (52) vorgesehen, so daß eine entspre­ chende bleibende Sicherung gegeben ist, die noch dadurch optimiert wird, daß der Sicherungshalter (52) jeweils über die Druckfedern (55) in die Passung hineingedrückt wird.

Der Sicherungshalter (52) kann beispielsweise über eine Magnetzange oder ein ähnliches Gerät betätigt, d. h. eingesetzt und auch aus seiner Halterung wieder herausgenom­ men werden, so daß eine mehr oder weniger automatische Siche­ rung der jeweiligen Gewindebereiche möglich ist. Eine be­ grenzte Drehbarkeit der beiden miteinander verbundenen Rohre (56, 57) verbleibt, weil die Ausnehmung (51) eine Verbreite­ rung (58) aufweisen kann, so daß das untere Rohr gegenüber dem oberen Rohr oder auch umgekehrt verdreht werden kann.

Fig. 7 ff. zeigen ein im Prinzip den bereits beschrie­ benen Bohrgestänge entsprechendes Gestänge, nur daß hier zusätzlich ein Kernbohrgestänge (62) vorgesehen ist. Dieses Kernbohrgestänge (62) ist durch einen Ringkanal (63) von dem übrigen Bohrgestänge (6) getrennt. Im Abstand zu dem Kernbohrmeißel (67), hier in Form einer Diamantbohrkrone läuft der Erweiterungsmeißel (64), über den das Bohrloch (3) auf den notwendigen Durchmesser gebracht wird. Im Bereich der Bohrlochsohle (21) ist hier der Kernfanghut (66) wieder­ gegeben, über den der erbohrte Kern aufgenommen und zu Tage gebracht werden kann.

Auch zwischen Kernbohrgestänge (62) und Bohrlochwand verbleibt ein schmaler Kanal, wobei hier über die Dichtfläche (69) eine entsprechende Abdichtung gegeben ist, so daß in diesem Bereich vordringende Spülung am Kern entlang bis zur Bohrlochsohle (21) strömen muß, um ein Festsetzen des Kerns zu vermeiden. Mit (68) sind Pfeile gekennzeichnet, die andeuten sollen, daß von hier der Lagerstättendruck auf das Kernbohrgestänge (62) einwirkt. Aufgrund der opti­ malen Abdichtung kann aber anstehendes Öl, Gas oder auch Wasser nicht in den Bohrgestängekanal (20) eindringen, so daß hier eine annähernd optimale Abdichtung gewährleistet ist. Wird nun zur Durchführung von Proben das Kernbohrge­ stänge (62) beispielsweise bis in den Bereich des Erweite­ rungsmeißels (64) angehoben, so kann in dem Abschnitt darunter, der ja genau bezüglich Durchmesser und Länge vorge­ geben ist, sich der Lagerstättendruck (68) auswirken, indem Öl, Gas oder Wasser einströmt. Dieses kann dann durch den Ringkanal (63) nach oben strömen, um am Tage entnommen und untersucht zu werden. Wird der Druck zu hoch und ist die gesamte Bohrung gefährdet, so wird das Kernbohrgestänge (62) wieder bis auf die Bohrlochsohle (21) vorgefahren, so daß dann wieder die vorteilhafte Abdichtung gewährleistet ist und der Lagerstättendruck (68) keinen Einfluß mehr haben kann.

Der Erweiterungsmeißel (64) löst entsprechend Mengen an Bohrgut (70), das dann über die Spülung (19), wie in Fig. 7 und 8 angedeutet, dieses Bohrgut (70) aufnimmt und über den Bohrgutkanal (5) nach Übertage bringt. Soll nun hier eine Probenahme erfolgen, so kann ein Ringverschluß (71) dadurch erreicht werden, daß die Bohranlage stillge­ setzt, die Spülung aber weiterbetrieben wird. Nach einem gewissen Zeitraum wird entweder die Spülung (19) abgestellt oder aber es wird noch einmal der Erweiterungsmeißel (64) betrieben, so daß dann eine bestimmte Menge Bohrgut anfällt, das dann sich bei Stillsetzen von Erweiterungsmeißel (64) und Spülung (19) so absetzt, daß sich der schon erwähnte Dichtstopfen bzw. Ringverschluß (71) bildet. Dieser Ringver­ schluß (71) bildet sich dabei vorteilhafterweise so, daß die gesamte Flüssigkeitsentnahmestange (10) nun eine Art gefiltertes Wasser entnehmen kann, wenn man den Wasserspiegel bzw. den Spiegel der Spülung (19) im Ringkanal (63) bzw. im Bohrgestängekanal (20) so weit absenkt, daß sich der Druck entsprechend minimiert und dadurch die Sperrventile (18) öffnen. Nun kann das vom Lagerstättendruck beeinflußte Wasser durch die Filterkammern (12) in den Ringkanal (63) einströmen, von wo es bis zu Tage gepumpt bzw. angesaugt wird. Eine genaue Untersuchung dieses dem jeweiligen Hori­ zont genau entsprechende Wasser kann dann Übertage vorge­ nommen werden, wodurch leichte Verunreinigungen zu ermitteln sind und zwar nach Qualität und auch Quantität.

Ist die Probenahme dann abgeschlossen, wird die Spülung (19) im Ringkanal wieder aufgefüllt, wodurch die Sperrventile (18) schließen und nun die Spülung (19) wieder, wie durch die Pfeile gekennzeichnet, in den Bereich des Erweiterungs­ meißels (64) einströmen.

Mit (75 und 76) sind Meßsonden gekennzeichnet, die beispielsweise zur Ermittlung von Temperatur- und/oder Druck­ werten hier in die Bohrgestängewand (25) eingelassen sind. Durch eine geeignete Verkabelung o. ä. Maßnahmen können die Werte dieser Meßsonden (75, 76) bis zum Tage weitergeleitet werden.

Während Fig. 7 und 8 den Bereich der Bohrlochsohle (21) und die Flüssigkeitsentnahmestange (10) widergeben, zeigt Fig. 9 den Übergangsbereich zur Energiestange (24), wobei hier verdeutlicht ist, daß durch Anschläge (72, 73) der Vorlaufweg des Kernbohrgestänges (62) auf einfache Art und Weise begrenzt ist. In diesem Bereich sind auch Klapp­ ventile (65) vorgesehen, über die der Ringkanal (63) mit der Kernkammer (74) in Verbindung steht. Diese Klappventile (65) öffnen auch geringfügig bei Durchführung der Erweite­ rungsbohrung, so daß Spülung (19) auch in das Kernrohr hin­ eingelangen kann, so daß über die Spülung das Festsetzen des Kerns im Kernbohrgestänge (62) unterbunden ist.

Fig. 10 zeigt wiederum den Übergangsbereich zur Energie­ stange (24) mit dem Druckluftspeicher (26). Fig. 11 zeigt das obere Ende des Druckluftspeichers (26) mit dem Luftkanal (27) und dem Druckluftventil (29). Durch Öffnen des Druck­ luftventils (29) kann aus dem Druckluftspeicher (26) Druck­ luft in den Packerhohlraum (36) einströmen, um den Packer aufzublähen und ihn gegen die Bohrlochwandung anzupressen, wenn vorher die Schutzhülse (35) entsprechend gezogen ist. Diese Bewegung ist durch Pfeile gekennzeichnet. Die Ausbil­ dung dieser Schutzhülse (35) entspricht der des bereits weiter vorn beschriebenen Bohrgestänges, so daß hier auf Einzelheiten verzichtet werden kann. Verdeutlicht ist hier aber ein gesonderter Dichtring (77), über den zusätzlich das Eindringen von Spülung oder Bohrklein in den Bereich zwischen Schutzhülse (35) und Packer (33) verhindert wird.

Fig. 12 zeigt das Entlastungsventil (37) bzw. das Kipp­ ventil (38) mit dem Kipphebel (39), der über die besondere Ausbildung des Fußes (41) mit der Nase (42) beim Anheben der Schutzhülse (35) betätigt wird. Dieses Kippventil (38) ist mit dem Druckluftventil (29) so geschaltet, daß beide wechselweise öffnen bzw. schließen.

Oberhalb der Energiestange (24) sind wiederum Dichtvor­ sprünge (43) und Dichtvorsprünge (44′, 44′′) ausgebildet, über die beim Ziehen der Schutzhülse (35) die notwendige Abdichtung und Verbindung zum Sonderbohrgestänge (46) er­ reicht wird.

Fig. 13 zeigt den oberen Bereich bzw. Verbindungsbe­ reich zwischen Sonderbohrgestänge (46) und Normbohrgestänge (48) mit dem Gewinde (47), über das der Packer (33) freige­ geben wird, wenn nach Lösen dieses Gewindes die Schutzhülse (35) entsprechend den Pfeilen angehoben oder dann auch später wieder abgesenkt wird. Weiter zeigt Fig. 13, daß der Ring­ kanal (63) durchgehend vorgesehen ist, um hier ein sehr langes Kernbohrgestänge (62) bzw. ein Fanggestänge einsetzen zu können. Auch diese einzelnen Rohre des Kernbohrgestänges (62) sind über entsprechend ausgebildete Gewinde miteinander verbunden.

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfin­ dungswesentlich angesehen.

Claims (25)

1. Verfahren zur Entnahme von Gas- und/oder Öl- und/oder Wasser- und/oder Feststoffproben während des Niederbringens einer Bohrung, wobei das Bohrgestänge nach dem Stillsetzen der Bohranlage und während des Probenehmens im Bohrloch verbleibt und nach dem der Ringraum um das Bohrgestänge abgedichtet worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Reinigungsnachlauf auch die Spülung unter­ brochen und im etwa 3 cm breitgehaltenen Ringraum ein Ring­ verschluß durch das absinkende Bohrklein erzeugt wird, daß der Flüssigkeitsspiegel der Spülflüssigkeit im Bohrgestänge bis zur Aktivierung der oberhalb des Bohrhammers angeordneten Flüssigkeitsentnahmestange abgesenkt wird und daß gleich­ zeitig oder vorher eine einen ins Bohrgestänge integrierten Packer umhüllende Schutzhülse hochgezogen und der Packer über einen ebenfalls ins Bohrgestänge integrierten Druckluft­ speicher gesetzt wird und daß anschließend die Probe gezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Setzen des Packers das Kernbohrgestänge hochge­ fahren und insbesondere die Ölprobe entnommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach oder während der Entnahme der Probe das Kernbohr­ gestänge wieder abgesenkt und gleichzeitig der Spülflüssig­ keitsspiegel im Bohrgestänge angehoben bzw. die Spülflüssig­ keit aufgefüllt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Vorbereitung und während der Durchführung der Probenahme Druck und Temperatur durch ins Kernbohrge­ stänge und/oder in die Flüssigkeitsentnahmestange integrierte Meßsonden überwacht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bohr- bzw. der Probenahmepausen durchs Bohr­ gestänge Meßsonden bis auf den Bohrgrund abgesenkt und Messungen, vorzugsweise Temperatur- und/oder Druckmessungen durchgeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei gebrächem Gebirge nach oder mit dem Hochziehen des Kernbohrgestänges durch das Bohrgestänge hindurch zementiert wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der nachfolgenden An­ sprüche mit einem Bohrgestänge mit oberhalb des Bohrkopfes angeordneter Flüssigkeitsentnahmestange, die mit das gröbere Bohrgut zurückhaltenden Filtern versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (6) eine oberhalb der Flüssigkeitsent­ nahmestange (10) angeordnete Energiestange (24) aufweist, die mit einem in die Bohrgestängewand (25) eingelassenen Druckluftspeicher (26) und einem damit über ein Druckluft­ ventil (29) verbindbaren Packer (33) ausgerüstet ist, wobei der Packer zur Bohrlochwand (4) hin durch eine axial verschiebbar ausgebildete Schutzhülse (35) abgedeckt ist und daß der Packerhohlraum (36) über ein Entlastungsventil (37) mit dem Bohrgestängekanal oder dem Ringkanal koppelbar ist und daß die Flüssigkeitsentnahmestange (10) eine Filterkammer (12) aufweist, die über Sperrventile (18) gegen die Spülung (19) im Bohrgestängekanal (20) bzw. einem Ringkanal (63) verschlossen ist.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der nachfolgenden An­ sprüche mit einem Bohrgestänge mit innenliegendem Kernrohr und zwischen beiden verlaufendem Ringkanal und einem oberhalb des als Erweiterungsmeißel ausgebildeten Bohrkopf ange­ ordneter Flüssigkeitsentnahmestange, die mit das gröbere Bohrgut zurückhaltenden Filtern versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (6) eine oberhalb der Flüssigkeitsent­ nahmestange (10) angeordnete Energiestange (24) aufweist, die mit einem in die Bohrgestängewand (25) eingelassenen Druckluftspeicher (26) und einem damit über ein Druckluft­ ventil (29) verbindbaren Packer (33) ausgerüstet ist, wobei der Packer zur Bohrlochwand (4) hin durch eine axial ver­ schiebbar ausgebildete Schutzhülse (35) abgedeckt ist, daß der Packerhohlraum (36) über ein Entlastungsventil (37) mit dem Bohrgestängekanal oder dem Ringkanal koppelbar ist, daß die Flüssigkeitsentnahmestange (10) eine Filterkammer (12) aufweist, die über Sperrventile (18) gegen die Spülung (19) im Bohrgestängekanal (20) bzw. einem Ringkanal (63) verschlossen ist und daß Ringkanal (63) und Bohrgestängekanal (20) über ein zum Ringkanal sperrendes Klappventil (65) verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Druckluftspeicher (26) zugeordnete Druckluft­ ventil (29) mit dem Entlastungsventil (37) wechselweise schaltend verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungsventil (37) als Kippventil (38) mit Kipp­ hebel (39) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang des Bohrgestänges (6) verteilt mehrere Druckluftventile (29) und ggfs. auch Entlastungsventile (37) vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiestange (24) einen dem der Flüssigkeitsent­ nahmestange (10) entsprechenden Durchmesser und einen ver­ engten Bohrgestängekanal (20) aufweist und daß in dem dem Bohrkopf (1) zugewandten Teil der Druckluftspeicher (26) und darüber angeordneten Teil der Packer (33) ausgebildet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülse (35) einen sich auf das Bohrgestänge (6) im Bereich des Druckluftspeichers/Druckluftventils (26, 29) abstützenden Fuß (41) mit einer zur Packeraußenwand (40) gerichteten und mit dem Druckluftventil (29) korres­ pondierenden Nase (42) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülse (35) bis zu Tage reichend ausgebildet und getrennt vom Bohrgestänge (6) in Bohrlochlängsrichtung verschiebbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülse (35) am dem Bohrkopf (1) abgewandten Ende über ein Gewinde (47) mit dem Bohrgestänge (6) verbunden ist, das entgegen dem üblichen Stangengewinde (7) öffnend ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (6) außenwandig und die Schutzhülse (35) innenwandig mit korrespondierend ausgebildeten Dichtvor­ sprüngen (43, 44) ausgerüstet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8 und Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (6) im Bereich der Energiestange (24) über das Stangengewinde (7) durchörtende Gewindesicherungs­ bolzen (8) gesichert ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindesicherungsbolzen (8) als von außen in korres­ pondierend geformte Ausnehmungen (50, 51), die in den anein­ anderstoßenden Rohren (56, 57) vorgesehen sind, einsetzbarer Sicherungshalter (52) ausgebildet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungshalter (52) über Druckfedern (55) in den Ausnehmungen (50, 51) fixiert sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (50, 51) in einem der aneinanderstoßen­ den Rohre (57) in Umfangsrichtung verbreitert ausgebildet sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiestange (24) eine etwa der verfügbaren Bohr­ turmhöhe entsprechende Länge aufweist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckluftspeicher (26) und das Druckluftventil (29) auf rd. 150 bar ausgelegt sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für den Kernbohrmeißel (67) und den Erweite­ rungsmeißel (64) über Übersetzungsgetriebe mit dem Kernbohr­ gestänge (62) bzw. Bohrgestänge (6) verbunden sind, die eine Umdrehung von ungefähr 90 und ungefähr 60 Umdrehungen pro Minute gewährleisten.

24. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Klappventils (65) den Vorschub des Kern­ bohrgestänges (62) gegenüber dem Bohrgestänge (6) begrenzen­ de, zwischen beiden angeordnete Anschläge (72, 73) ausgebil­ det sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in das Kernbohrgestänge (62) und/oder das Bohrgestänge (6) Meßsonden (75, 76) im Bereich der Flüssigkeitsentnahme­ stange (10) eingelassen sind.