DE454304C - Tiefbohrvorrichtung mit hydraulischem Antriebsmotor, z.B. Turbine, im Bohrloch - Google Patents

Description

Der Erfindungsgegenstand gehört zur Klasse der Tiefbohrvorrichtungen mit hydraulischem Antriebsmotor (etwa einer Turbine) im Bohrloch, wobei das Preßwasser für den Motor durch eine Zuführleitung von oben zugeführt und außerhalb dieser Zuführleitung zurückgeführt wird.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß der Motor samt Bohrwerkzeug an einem Kabel frei innerhalb der aus Rohrstücken gebildeten Preßwasserzuführleitung heb- und senkbar aufgehängt sind, wobei der aus Motor und Bohrwerkzeug gebildete Block in seiner Tiefstlage auf einer Tragstütze aufsitzt, die ihrerseits drehungssicher am Ende der Rohrsäule befestigt ist, mit der Folge, daß das die Rohrsäule durchströmende Preßwasser durch den Motor hindurchtreten muß, während der durch den Antrieb des Motors hervorgerufene Rückdruck auf den Sitz von der Rchrsäule aufgenommen wird.

Dadurch ist es möglich, Turbine mit Bohrwerkzeug ohne Demontage der Rohrleitung zutage zu bringen.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt.

Abb. ι ist eine Gesamtansicht, welche die Röhrensäule in vertikalem Aufriß, teilweise im Schnitt, darstellt.

Abb. 2 ist eine Teilansicht in größerem Maßstabe des unteren Säulenteiles und zeigt das Bohrwerkzeug in Arbeitsstellung sowie dessen Motor, welcher in der Beschreibung als Turbine bezeichnet werden soll.

Abb. 3 und 4 zeigen Druckregler in achsialem Schnitt in zwei verschiedenen Ausführungsformen.

Eine hermetische Röhrensäule, welche selbstverständlich in verschiedene, sich ineinander einfügende Längen unterteilt ist, wird vermittels irgendwelcher geeigneten Vorrichtung 2 an dem in vertikaler Richtung beweglichen Haken 3 einer Kabelwinde 4, deren Kabel sich auf der Trommel 5 einer Winde 6 aufwickelt, aufgehängt; durch diese Einrichtung wird die Senkung der Röhrensäule, dem Fortschreiten des Bohrvorganges entsprechend, bewerkstelligt, während jede Umdrehung der Säule um sich selbst durch geeignete Führungen verhindert wird. Diese Säule ist an ihrem Oberteil durch eine abnehmbare Kappe ι verschlossen, welche mit einem Rohrstutzen 8 für das durch den Kompressor C gelieferte Preßwasser versehen ist. Im unteren Rohrteil 1' der Säule ist eine Ansatzfläche vorgesehen, deren Oberteil mit Zähnen, Zakken oder mit irgendwelcher anderen geeigneten Einspannungsvorrichtung (wie z. B. einem Morsekonus) versehen ist.

Auf dieser Ansatzfläche sitzt das Gehäuse einer hydraulischen Turbine 10, deren Unterteil ebenfalls mit Zähnen oder Zacken versehen ist, welche in die Verzahnung der Ansatzfläche 9 eingreifen und auf diese Weise die Drehung des Turbinengehäuses 10 verhindern. Die Turbine wird (nach Abnahme der beweglichen Kappe 1) vermittels eines Kabels 11 in die Saide eingelassen; dieses

Deutsches

Kabel, dessen Einhängende mit dem Tür binengehäuse io durch ein Verbindungsstück 13 und eine metallische Schieberstange 14 verbunden ist, kann durch die Trommel der Winde 12 betätigt werden. In der in Abb. 1 dargestellten Lage sitzt die Turbine auf ihrer Stützplatte auf, und das Kabel ist dementsprechend lose; dies Kabel dringt durch ein dicht abschließendes Loch oder durch eine in der Kappe 1 vorgesehene Stopfbüchse. Die Drehwelle 15 der Turbine 10 trägt den Bohrblock 16 mit Führungsspitze 17 sowie die Werkzeuge 18, 18', welche nach unten um einen Bolzen 19 abklappbar sind. Die Ausgestaltung des Bohrapparates sowie dessen Teile sind bemessen, tun deren Durchgang durch den verringerten Durchmesser der Ansatzfläche 9 ohne Schwierigkeiten zu gestatten, aus welchem Grunde die Schneideapparate 18, ao 18' nach unten umklappbar sind, während dieselben gegen etwaige aufwärtige Schwungbewegung durch eine oder mehrere Anschlagflachen 20 gesichert sind.

Die Arbeitsweise des Apparates ist nachstehend näher beschrieben. Nachdem die Röhrensäule in Stellung ist, wird die Turbine 1Q zusammen mit dem Bohrapparat 16 bis 18 in das Sätileninnere durch den durch den Anlaß 9 verringerten Durchmesser 9 eingelassen, bis sich dieselbe auf diesen Ansatz .aufsetzt und in dessen Verzahnung eingreift. Die Verschlußkappe 7 wird nunmehr aufgesetzt und die Durchgangsöffnung des Kabels 11 dicht abgeschlossen, worauf die Druckpumpe C, welche idas Wasser aus dem Klärbehälter 21 ansaugt und in die Säule 1 abdrückt, in Betrieb gesetzt wird. Die unter Druck stehende Flüssigkeit treibt die Turbine an und betätigt durch deren Vermittlung das Bohrwerkzeug 4.0 16 bis 18; das im Unterteil der Säule entweichende Wasser steigt unter Mitreißung der Schlammteile in der Pfeilrichtung zutage und kehrt durch den Kanal 22 nach dem Klärbehälter 21 zurück.

Das durch die Führungsspitze 17 zentrierte Bohrwerkzeug dringt, dem Abbau des Bodens entsprechend, durch die hohe Umdrehungszahl der Werkzeuge 18 schrittweise vor. Nach erfolgter Vertiefung des Bohrloches wird die Rohrsäule durch Ansatz eines weiteren Rohrteiles in bekannter Weise verlängert. Zum Abbau des Werkzeuges braucht man bloß die Turbine durch das durch die Öffnung der Kappe 7 führende Kabel 1 i hochzuheben (dieser Vorgang bildet das wesentliche Kennzeichen der Vorrichtung). Der Bohrblock hebt sich mit der Turbine, und die Werkzeuge 18 und 18' biegen sich gegeneinander ab, um , deren Durchgang durch Ansatz 9, welcher zu diesem Zwecke in seinem unteren Teil 9' konisch ausgebildet .ist, zu ermöglichen..

Eine Eigenart der Erfindung liegt in der großen Drehgeschwindigkeit des Bohrwerkzeuges mit geringem Druck desselben gegen den Boden. Um eine Druckregelung des Bohrwerkzeuges gegen den Boden zu erzielen, wird zweckmäßig zwischen Block 16 und Welle 15 des Motors (Turbine o. dgl.) ein Druckregler/? irgendwelcher geeigneter Bauart eingeschaltet.

Abb. 3 stellt einen derartigen mechanischen Druckregler im Schnitt dar. Wie oben beschrieben, bezeichnet 1' den unteren Rohrteil der Röhrensäule, welcher das Turbinengehäuse 10 in seinen Zapfen 9 trägt. Zwischen der Turbinenwelle 15 und dem Bohrblock 16 mit Schneidewerkzeugen 18, 18' ist ein mit dem Block 16 ein Ganzes bildendes Regelungsgehäuse 21 eingebaut, welches im Innern etwa um 45⁰ versetzte Schraubengänge 22 besitzt, in welchen sich eine mit der Welle 15 ein Ganzes bildende Schraube 23 verstellt. Auf der Muffe 21 sitzt ein Führungsstück 24, welches die Welle 15 lose umschließt und einen Teil mit vergrößertem Durchmesser trägt, dessen Wesen nachstehend beschrieben wird.

Eine Feder 27 ist zwischen dem mit dem Bohrblock verbundenen - Fühningsstück ' 2 4 und einem Ansatz auf der Motorwelle 15 vor- go gesehen, um das Aufschlagen auf den Boden bei einer plötzlichen Senkung des Apparates abzuschwächen. Eine weitere Feder 28 dient zur Erhöhung des durch das Bohrwerkzeug auf den Boden ausgeübten Druckes.

Wie ersichtlich, ist der Apparat im Gleichgewicht, und die Schraube 23 nimmt die in der Abbildung dargestellte Lage ein, solange die den Schneidewerkzeugen entgegenwirkende Widerstandskraft die für normalen Betrieb too des Motors festgelegte Grenze nicht übersteigt. Bei Zunahme des entgegenwirkenden Widerstandes verringert sich die Umdrehungsgeschwindigkeit des Bohrwerkzeuges .in gewissen Grenzen, der Drehzahl des Motors entsprechend, und diese zeitweilig auftretende Verschiebung der Winkelgeschwindigkeit verursacht eine geringe Steigung der Muffe 21 und des Bohrapparates, dessen Scheiben dementsprechend" mehr oder weniger freigelegt werden. Auf diese Weise stellt sich eins der jeweiligen Bodenbeschaffenheit entsprechende Gleichgewichtsstellung her, wodurch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors unverändert bleibt. Wenn der Widerstand so groß wird, daß das Bohrwerkzeug plötzlich versagt oder für längere Zeit stillgesetzt wird, so steigt die Muffe 21, und ihr Oberteil 25 dringt in den verengten Durchlaß 26 im unteren Rohrteil 1' ein und versperrt den Wasserdurchlaß. Der Wasserdruck in der Säule wird durch diesen Vorgang erhöht und zeigt

auf der Oberfläche die" Stillsetzung der Werkzeuge im Schacht an; dieser Drucküberschuß könnte übrigens ausgenutzt werden, um vermittels eines Servomotors die Winde automatisch zu betätigen.

Abb. 4 zeigt in schematischer Weise die Einrichtung eines hydrostatischen Druckreglers, welcher den gleichen Zweck wie der eben beschriebene Druckregler verfolgt, ι bezeichnet den. Rohrteil mit Motor, z. B. eine . Turbine, deren Gehäuse schematisch unter io dargestellt ist. 29 stellt, ebenfalls schematisch, einen Verteiler dar, welcher zwischen dem Druckwassereintritt (Pfeil /) und der Turbine eingeschaltet ist. Durch diesen Ver-

"" teiler wird die Wassereintrittsmenge verringert, wenn die Tourenzahl des Motors bei gesteigertem Widerstand abnimmt; die eintretende Wassermenge wird zunehmend klei-

ao ner, bis sich der Durchlaß schließlich teilweise oder sogar vollständig verschließt, wenn der Motor zum Stillstand kommt.

Der Regulatorkörper oder Zylinder 21', welcher mit dem Bohrblock 16 ein Ganzes bildet und durch die Welle 15' in Drehbewegung versetzt wird, kann in seiner Längsrichtung vermittels irgendwelcher geeigneten Vorrichtung, z. B. durch einen langen Keil, verschoben werden; die Welle 15' besitzt in diesem Falle einen zentralen Kanal 30, welcher unter dem Druck des Speisewassers des Motors 10 jenseits des Verteilers 29 steht. Am unteren Teil des Regulators ist ein Auslaß 33 vorgesehen, um gegebenenfalls einen Druckausgleich zwisehen den beiden Stirnwänden des Kolbens 32 zu verhüten. Das innere Ende der Welle 15' trägt einen von Kanälen durchbohrten Kolben 32, so daß unter dem im Kanal 30 vorherrschenden Druck die Resultante der Druckwirkungen auf den Zylinder 21' und auf den Kolben 3 2_ das Gesamtgewicht des Zylinders 21' und des Bohrblockes 16 sowie des durch die Werkzeuge auf den Boden ausgeübten Drukkes (ohne Berücksichtigung der Reibungen) ins Gleichgewicht bringt. Unter diesen Bedingungen wird in normalem Betrieb der Bchrapparat unter praktisch gleichbleibender Geschwindigkeit durch den Motor angetrieben und dringt fortschreitend in das Terrain ein.

Bei Zunahme des Widerstandes des Terrains, d. h. bei Überschreitung des für normalen Betrieb festgelegten Widerstandes, nimmt die j Drehgeschwindigkeit des Motors ab, der Verteiler oder Regulator 29 stellt sich dem Wasserdurchfluß entgegen, und der jenseitige Druck, d. h. der Druck im Kanal 30, steigt, wodurch der Körper 21' und das mit demselben verbundene Bohrwerkzeug angehoben 1 wird. Diese Druckzunahme wird gleichzeitig | auf die Oberfläche übertragen und zeigt so- j mit die auf dem Schachtboden vorherrschen- j den Verhältnisse, an. Dieser Überdruck kann durch einen Servomotormechanismus automatisch auf die Hängevorrichtung wirken, um wunschweise den Stillstand, die Verbesserung oder Abänderung des Arbeitsvorganges herbeizuführen.

Es sei bemerkt, daß der Verteiler 29 bloß dann notwendig ist, wenn z. B., wie im Falle einer Turbine, der Stillstand des Motors den Verschluß des Flüssigkeitsdurchlasses nicht selbst bewerkstelligt.

Beide Regelvorrichtungen, die hydrostatische sowohl wie die mechanische, deren Bauart selbstverständlich nach irgendwelcher geeigneten Ausführung erfolgen kann, können untereinander verbunden werden, und ist deren Anwendung nicht auf die hier in Betracht kommenden Bohrapparate beschränkt.

Schließlich könnte auch ein Dynamometer zur Anzeige des Wertes des vorherrschenden Widerstandes benutzt werden, z. B. durch Vermittlung einer leicht ausführbaren Aufhängevorrichtung der Säule anstatt der obenerwähnten Führungen, durch welche die Drehung der Säule um sich selbst verhindert wird.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ι. Tiefbohrvorrichtung mit hydraulischem Antriebsmotor, z. B. Turbine, im Bohrloch, wobei das Preßwasser für den Motor durch eine Zuführleitung von oben zugeführt und außerhalb dieser Zuführleitung nach oben zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Motor samt Bohrwerkzeug an einem Kabel frei innerhalb der aus Rohrstücken gebildeten Preßwasserzuführleitung heb- und senkbar aufgehängt sind, wobei der aus Motor und Bohrwerkzeug gebildete Block in seiner Tiefstlage auf einer Tragstütze aufsitzt, die ihrerseits drehungssicher am Ende der Rohrsäule befestigt ist, so daß das die Rohrsäule durchströmende Preßwasser durch den Motor hindurchtreten muß, während der durch den Antrieb des Motors hervorgerufene Rückdruck auf den Sitz von der Rohrsäule aufgenommen wird.
2. 2. Tiefbohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Turbine und Bohrwerkzeug ein Mechanismus eingeschaltet ist, durch welchen selbsttätig die Verlängerung oder die Verkürzung des Abstandes zwischen Bohrwerkzeug und Lagersitz des Motors am Ende der Rohrsäule stattfindet, zu dem Zwecke, um die Eingriffstiefe des Bohrers in den Boden in bestimmten Grenzen, unabhängig von der Rohrsäule selbst, zu halten, damit der Druck des Bohrwerkzeuges auf den

   Boden nicht durch das Gewicht der Rohrsäule beeinflußt wird.
3. 3. Tief bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus zur Herbeiführung der Verkürzung oder Verlängerung des Abstandes zwischen Bohrwerkzeug und festem Sitz der Rohrsäule durch einen zwischen Welle des Motors und Werkzeug geschalteten Regulator gebildet wird, der ein leichtes Anheben des Werkzeuges bei zunehmendem !Widerstandsmoment und abnehmender Motordrehzahl bewirkt, um das Widerstandsmoment des Werkzeuges konstant zu halten.
4. 4. Tiefbohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regulator so ausgebildet und angeordnet ist, daß bei Stillstand des Motors der Durchtritt der Preßflüssigkeit gehindert und der Preßdruck erhöht wird, um hierdurch den Stillstand des Motors über Tage anzuzeigen.
5. 5. Tiefbohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der über Tag durch den Stillstand der Pumpe zur Wirkung gelangende Überdruck der Preßflüssigkeit eine Hilfsvorrichtung, beispielsweise einen Servomotor, schaltet, um auf die Nachlaßwinde für den Bohrblock zu wirken. ·
6. 6. Tief bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlagrohrleitung über Tage elastisch nachgiebig gegen Verdrehung um sich selbst gehalten wird und durch das Ausmaß der elastischen Verstellung oder Verdrehung die Größe des B ohr Widerstandes angezeigt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.