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Vorrichtung zum Entnehmen von Proben aus der Seitenwandung eines Bohrloches
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum. Entnehmen von Proben aus der Seitenwandung
eines Bohrloches. Die allgemeine Ausführung derartiger Vorrichtungen sieht seitwärts
ausschwingb,are, die Probe,nnehmer, z. B. kleine Kernrohre, tragende Hebel in Verbindung
mit einem von über Tage gesteuerten, bei seiner Abwärtsbewegung die Hebel nach außen
schwenkenden rund durch eine Feder wieder zurückbewegbaren Kollbien vor. Bis jetzt
ist es nun üblich gewesen, derartige Vorrichtungen mit einem Kabel in das Bohrloch
hineinzuhängen rund die Bewegung des Kolbens zum Hineindrücken der Probennehmer
oder Kernrohre in die Bohrlochwandung elektrisch auszulösen, so beispielsweise durch
elektrische Entzündung einfies explosiven Gemisches in einem den erwähnten Kolben
.enthaltenden Zylinder oder durch elektrischen Antrieb einer in die Vorrichtung
mit eingebauten Öldruckpumpe, durch die jeweils eine gewisse Menge Öl in den den
Kolben enthaltenden Zylinder hineingedrückt wird. Bei freier Aufhängung der Vorrichtung
an einem Kabel ist es jedoch unmöglich, die Vorrichtung im Bohrloch mit unbedingter
Sicherheit in Stellung zu bringen. Im übrigen sind die bis jetzt verwendeten Mittel
zum Zwecke der Steuerung des auf die Probennehmer wirkenden Kolbens von über Tage
höchst unzuverlässig. Die Erfahrung hat gelehrt, daß der den Kolben und hinter dem
Kolben ein explosives elektrisch zu zündendes Gemisch enthaltende Zylinder nur selten.
hinreichend dicht hält und der bei der Entzündung des explosiven Gemisches zustande
kommende Druck oftmals nicht groß genug ist, um die Probennehmer bis auf die erforderliche
Tiefe in die BohYlo-chsetienwandung hineinzutreiben. Das gilt ,auch in. bezug auf
alle anderen Vorrichtungen der hier in .Frage kommenden Art, so beispielsweise für
Vorrichtungen, bei denen, wie schon oben @erwä1lnt, ein gewisser Flüssigkeitsdruck
durch eine elektrisch .angetriebene Pumpe erzeugt und auf den Kolben zum Betätigen
der Probennehmer ausgeübt wird.
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Die Erfindung geht darauf aus, alle diese Nachteile bis jetzt bekannter
Vorrichtungen zu vermeiden. Es gilt, zum Entnehmen von Proben aus den Seitenwandungen
eines Bohrloches eine Vorrichtung zu schaffen, die mit unbedingter Sicherheit bis
auf jede gewünschte Tiefe in ein gegebenes Bohrloch eingeführt werden kann und mitebenfalls
unbedingter Sicherheit die gewünschten Proben aus der Bohrlochwandung zu nehmen
vermag. Es ist offenbar, daß eine an einem, Kabel hängende Vorrichtung nicht bis
auf die gewünschte Tiefe in ein Bohrloch reingehängt werden kann, sobald sich der
Einführung der Vorrichtung .an irgendeiner Stelle des Bohrloches irgendwelche Hindernisse,
z. B. infolge Versandung, entgegenstellen. Es ist
weiterhin offenbar,
daß bei den bis jetzt bekannten Ausführungen das Eindringen der Probennehmer in
die Bohrlochseitenwandung nicht mit unbedingter Sicherheit gewährleistet ist, denn,
wie schön oben erklärt worden ist, ist es durchaus möglich, daß das zur Wirkung
auf den Antriebskolben der Probennehrnier bestimmte Treibmittel infolge irgendwelcher
Umstände nicht den jeweils erforderlichen Druck zu übermitteln vermag. Die Erfindung
hat nun eine Vorrichtung zum Gegenstand, die an dem unteren Ende eines hohlen Giestänges,
z. B. eines gegebenen des bei der Bohrung benutzten Gestänges, befestigt und so
unter allen Umständen, ,auch wenn das Bohrloch an irgendeiner Stelle infolge Versandeng
mehr oder weniger verengt oder gar verstopft sein sollte, stets bis auf die gewünschte
Tiefe eingeführt werden kann. Hicrmit ist die Erfindung doch noch keineswegs erschöpft.
Die Erfindung sieht weiterhin im Gegensatz zu der bis jetzt üblich gewesie'nen elektrischen
Steuerung des Antriebskolbens der Pröbennehmereine hydraulische Steuereng vor, und
zwar in der Weise; @daß durch das hohle Gestänge, .an dessen unterem Ende die Vorrichtung
zum Nehmen der Proben befestigt ist, eine Flüssigkeit hindurchgedrückt wird, die
den Kolben zum Betätigen der Probennehmer jedoch nur so weit- niederzudrücken braucht,
daß die Probennehmer an den Bohrlochwandungen soeben wirksam anzugreifen beginnen.
Das endgültige Hineindrücken der Probennehmer in die Bohrlochwandungen braucht nicht
unbedingt dem auf den Kolben vcwirlz:,enden Druckmittel überlassen zu bleiben, sondern
kann runter dem Druck des Gestängegewichtes erfolgen. In. diesem Zusammenhange ist
es allerdings wesentlich, daß man die Probennehmer, beispielsweise kleine Kernrohre,
auf wenigstens zwei Hebel verteilt und diese mit -dem Kolben zu verbindenden Hebel
so einrichtet, daß sie einander entgegengesetzt in seine Spreizstellung gebracht
und in solcher Spreizstellung unter der Last des Bohrgestänges so weit durchgedrückt
werden können, daß die Probennehmer, z. B. Kernrohre, in die Bohrlochwändung hineingepreßt
werden: In diesem Zusammenhange wäre noch zu bemerken, daß erfindungsgemäß noch
besondere Vorsprünge an den die Pröhennehmer, z. B. Kernrohre, tragenden Schwinghebeln
vorgesehen sind, die sich ebenfalls in die Bohrlochseitenwandung mit hineindrücken
und die Probennehmer in der vollen Spreizstellung ihrer Schwinghebel von dem unmittelbaren
Abwärtsdruck .des Ge-
stänges entlasten.
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Indem der Kolben "jetzt hydraulisch betätigt wird, bedarf es keiner
,anderen Antriebskraft mehr als der bei jeder gewöhnlichen Bohranlage zur Verfügung
stehenden Kraft, nämlich des Wassers, welches man beim Bohren ohnehin durch das
Bohrgestänge hindurchpumpen muß. An den die Probennehrner tragenden Hebeln sind
Vorsprünge geschaffen, die dafür sorgen, daß die Hebel unter dem Druck des Gestängegewichtes
sich voll auseinanderspreizen. Diese Vorsprünge verhindern, daß sich die Vorrichtung
beim Nehmen der Proben verdrehen kann. Auch schützen diese Vorsprünge die Probennebxner,
z. B. Kernrohre, gegen übermäßige Belastung durch das Gestängegewicht. Das Nehmen
der Proben mit einer Vorrichtung gemäß dieser Erfindung ist jetzt wesentlich einfacher
,als sonst. Man hat jetzt eine mit dem Bohrgestänge fest zusammenhängende und wirklich
zuverlässige Vorrichtung, mit deren Hilfe die Proben in höchst wirtschaftlicher
Weise schnell und unbedingt. sicher an jeder gewünschten Stelle des Bohrloches entnommen
werden können. Da der den Kolben enthaltende Zylinder mit dem Kühlwasserkanal des
Gestänges oder Bohrloches in urmittel-', barer Verbindung steht, ist die Betätigung
:des Kolbens eine höchsteinfache. Es bedarf -jetzt nur noch der Ausübung eines gewissen
hydraulischen Druckes, um den Kolben niederzudrücken. Der Druck braucht nur so groß
zu sein, daß der Widerstand der :auf den Kolben wirkenden Rückholfeder überwunden
wird: Durch die hydraulische Beeinflussung des Kolbens braucht die Betätigung der
Probennehmer lediglich nur eingeleitet zu werden, also durch hydraulisches Verstellen
des Kolbens brauchen die Prob@ennehmer mit der Seitenwandung !des Bohrloches lediglich
nur in Berührung gebracht zu werden, worauf dann der Gewichtsdruck des Bohrgestänges
ausgenutzt werden kann, um den Vorgang des N :ehmens der Proben zu vollenden, also
die Probennehmer in die Bohrlochwandung endgültig hineinzutreiben.
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In der Zeichnung ist :ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Fig. i bringt einen Längsmittelschnitt der Vorrichtung iund veranschaulicht
die Probennehmer in zurückgezogener Stellung.
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Fig. 2 zeigt den gleichen Längsschnitt, veranschaulicht jedoch die
Probennehmer in vorgestoßener Stellung, und Fig. 3 bringt einen Querschnitt nach
Linie III-III der Fig. 2.
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Mit io ist die Vorrichtung in ihrer Ge@ samtheit bezeichnet, die aus
einem zylindrischen Körper i i und aus daran angebrachten . Hebeln 12, 1 q. besteht.
Der Körper i i soll dem unteren Ende eines Bohrgestänges oder Bohrrohres angeschlossen.
werden und wird alsdann in das Bohrloch jeweils so weit eingeführt; biss die Hebel12
und
14 im Bohrloch jener Erdschicht sich gegenüber befinden, aus der die gewünschten
Proben entnommen werden sollen. Während des Einfiihrens werden die Hebiel 12 und
14 innerhalb des Körpers i i in 'zurückgezogener Stellung gehalten. Der Durchmesser
des Körpers i i ist etwas geringer .als der des Bohrloches. Nachdem der Körper i
i ordnungsgemäß eingeführt, also die die Prob:ennehmer tragenden Hebel der zu untersuchenden
Schicht gegenübergebracht worden sind, werden die Hebel 12, 14 mit der Sieitenwand
des Bohrloches in Eingriff gebracht und in die Bohrlochwand hineingedrückt. Nach
Aufnahme der Proben werden die Hebel mit den Probennehm,ern wieder in den Kärpier
i i zurückgezogen. Alsdann wird der Körper i i bis zur Erdoberfläche hochgeholt.
Nunmehr können die gewonnenen Proben den Kernrohren entnommen und auf Beschaffenheit
der betreffenden Erdschicht untersucht werden.
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Der Körper ii ist mit einem Zylinder 15
versehen, in dem sich
ein hin und her beweglicher Kolben 16 mit seiner Kolbenstange 17
befindet.
Eine Feder 18 ist bestrebt, den Kolben 16 in seiner höchsten Stellung zu halten.
Unterhalb des Zylinders 15 enthält der Körper i i einen Querschlitz ig, in dem die
Hebel 12, 14 in lotrechter Ebene schwingbar untergebracht sind. Die Hebel 12, 14
sitzen drehbar auf einem Bolzen 2o, der den Körper i i durchdringt rund zu dem Querschlitz
i g rechtwinklig sitzt.
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Das untere Ende der Kolbenstange 17 ist mit zwei Lenkern 2 i versehen,
die am unteren Ende des Kolbens 17 drehbar angeschlossen sind, -und zwar
vermittels eInes Bolzens 22. Das, untere Ende des einen Lenkers 2 i ist dem Hebel
12 an einer zum Bolzen 2o ,a#usmittig!gelegenen Stelle angeschlossen. Der andere
Lenker 2i ist mit seinem unteren Ende dem Hiebel 14 an einer zum Zapfen 2o Nebenfalls
ausmittig gelegenen Stelle angeschlossen. Wenn der Kolben 16 entgegen der
Wirkung der Feder 18 abwärts bewegt wird, schwingen die Hebel 12, 14 gegen
die Seitenwand dies Bohrloches aus -und dringen in die Erdschicht ein. Wird der
Kolben 16 wieder in seine oberste Stellung zurückgedrückt, schwingen die Hebel 12,
14 wieder in den Querschlitz i g zurück. Das äußere freie Ende eines jeden Hebels
12, 14 ist mit zwei vorstehenden Kernrohren 23 besetzt, die in diese Teile neingeschraubt
sind. Die äußeren Enden der Röhrchen sind offen. Das Innere der Röhrchen ist von
verjüngter Form, ihre größte Weite ist an den inneren mit den Hebeln 12, 14 verschraubten
Enden vorhanden. Infolge der verjüngten. Form der Röhrchen kann es nicht vorkommen,
daß die aufgenommenen Proben herausfallen, wenn die Vorrichtung aus dem Bohrloch
herausgezogen wird. Die Röhrchen 23 können von den Teilen 12, 14 abgeschraubt
werden, nachdem die Vorrichtung aus dem Bohrloch vollständig herausgezogen ist.
Nach dem Abschrauben der Röhrchen 23 werden die darin enthaltenen Kerne durch die
im Durchmesser weiteren inneren. Enden der Röhrchen herausgestoßen. Jeder der Hebel
12, 14 ist weiterhin mit einem Fortsatz 24 versehen, der (ebenfalls in die Seitenwand
des Bohrloches beim Nehmen der Proben eindringen wird. Dadurch wird nicht nur ein
Drehen der Vorrichtung während des Nehmens der Proben unmöglich gemacht, sondern
auch den -die Proben nehmenden Röhrchen selbst ein Schutz vor übermäßiger Gewichtsbelastung
gewährleistet.
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Zum Gebrauch der Vorrichtung ist aas obere Ende 25 des Körpers i i
dem unteren Ende des Bohrgestänges oder Bohrrohres anzuschließen. Alsdann kann die
Vorrichtung ohne weiteres in die Bohrung eingeführt werden. Es empfiehlt sich, am
unteren Ende des Körpers i i .einen Vorbohrer 26 anzubringen für den Fall, daß es
notwendig sein sollte, einen Sandrücken im Bohrloch zu durchdringen.
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Während des Einhängens in das Bohrloch befinden sich die Probenmehmer
in geschützter Stellung innerhalb des Körpers i i (Fig. i). Beim Einführen des Gestänges
in das Bohrloch hält die Feder 18 die Hebel 12 und 14 in der in Fig. i veranschaulichten
Stellung. Der Körper i i wird in das Bohrloch so tief eingeführt, bis die Probennehmier
jener * Erdschicht gegenüb@ergebracht sind, aus welcher die Proben entnommen werden
sollen. Alsdann wird oberhalb des Kolbens ein Flüssigkeitsdruck erzeugt, um den
Kolben in solch einem Maße herunterzudrücken, daß die Röhrchen 23 und die Forts,ä.tze
24 mit der Bohrlochwandung in Berührung treten. In diesem Augenblick läßt man das
Gestänge mit dem Körper i i weiter absinken, so daß die Hebel 12, 14 unter der Last
des ganzen Gestänges sowie auch unter der Einwirkung des auf den Kolben .ausgeübten
Druckes sich weit auseinander bis in die in Fig.2 veranschaulichte Stellung bewegen
und die Röhrchen 23 in die Erdschicht eindringen und die gewünschten Proben aufnehmen.
Die Fort-Sätze 24 der Hebel 12 und 14 dringen dabei ebenfalls in die Erdschicht
ein und verhindern somit, daß eine übermäßig große Belastung der Röhrchen 23 eintritt.
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Nachdem die Kerne oder Proben genommen sind, wird der Körper i i Hochgezogen
und der Flüssigk*-itsdruck über dem Kolben 16 aufgehoben. Durch das Hochziehen der
Vorrichtung !und gleichzeitig durch die Kraft der Feder 18 werden die Probenntehmer
Hebel 12
und 1q. wieder in den Körper i i in die Stellung gemäß
Fig. i zurückgeschwenkt. Ist die Vorrichtung dann ganz aus dem Bohrloch herausgezogen,
werden die Röhrchen 23 von den Teilen 1a und 14 abgeschraubt. Die Kerne oder
Proben werden aus den Röhrchen 23 herausgestoßen. Es kann nun die Beschaffenheit
der Erdschicht untersucht werden, aus der die Kerne oder Proben. entnommen sind.