DE69431475T3 - Automatische bohrvorrichtung - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft automatische Bohrvorrichtungen und insbesondere, aber in keiner Weise als Einschränkung, eine automatische Bohrvorrichtung, welche die Freigabe eines Bohrgestänges bei Vertikal-, Richtungs- und Horizontalbohrvorgängen als Reaktion auf einen der Parameter Bohrwerkzeuggewicht, Bohrfluiddruck, Bohrgestängedrehmoment und Bohrgestängedrehzahl oder eine Kombination derselben steuert.
  • BESCHREIBUNG DES TECHNISCHEN STANDES
  • Typische Bohrautomaten steuern gegenwärtig das Bohrgestänge nur unter Verwendung des Bohrwerkzeuggewichts. Solche Bohrer drosseln als Reaktion auf Abnahmen des Bohrwerkzeuggewichts den Bremsgriff der Seiltrommelbremse, um das Bohrgestänge-Tragseil freizugeben und folglich das Bohrgestänge abzusenken. Das Absenken des Bohrgestänges bringt zusätzliches Gewicht des Bohrgestänges oben auf den Bohrmeißel, um das Bohrwerkzeuggewicht wieder auf seinen gewünschten Wert zu erhöhen. Ein Bohrerbediener gibt einen gewünschten Wert des Bohrwerkzeuggewichts in den automatischen Bohrer ein, der danach den gewünschten Wert mit dem tatsächlichen, durch einen Gewichtskontrollmesser gemessenen, Bohrwerkzeuggewicht vergleicht. So lange das tatsächliche Bohrwerkzeuggewicht innerhalb der Toleranz des gewünschten Bohrwerkzeuggewichts bleibt, bleibt die Seiltrommelbremse eingerastet, und das Bohrgestänge-Tragseil trägt das Bohrgestänge auf seinem gegenwärtigen Niveau. Sobald jedoch der Gewichtskontrollmesser ein Bohrwerkzeuggewicht mißt, das außerhalb des gewünschten, durch den Bohrgestellbediener in den automatischen Bohrer eingegebenen, Bohrwerkzeuggewichts liegt, betätigt der Bohrautomat den Bremsgriff, um die Seiltrommelbremse freizugeben, die das Bohrgestängeseil absenkt, wodurch mehr Gewicht des Bohrgestänges auf den Bohrmeißel gebracht wird. Die Seiltrommelbremse bleibt freigegeben, bis den Gewichtskontrollmesser ein Signal an den automatischen Bohrer bereitstellt, das dem gewünschten Bohrwerkzeuggewicht wesentlich gleicht.
  • Obwohl Bohrwerkzeuggewicht-Bohrautomaten bei vollständig vertikalen Bohrlöchern ausreichend funktionieren, hören sie bei jeder Art von Richtungs- oder Horizontalbohrvorgängen auf, richtig zu arbeiten. Im einzelnen mißt der Gewichtskontrollmesser, der typischerweise am Bohrgestängeseil angebracht wird, sobald das Bohrloch von der Vertikalen abweicht, nicht mehr das unmittelbare Bohrgestängegewicht, sondern mißt statt dessen das Bohrgestängegewicht in einem Winkel. Im Ergebnis dessen liefert der Gewichtskontrollmesser dem Bohrautomaten eine fehlerhafte Ablesung des tatsächlichen Bohrgestängegewichts auf dem Bohrmeißel. Infolgedessen wird es dem Bohrautomaten nicht gelingen, die Seiltrommelbremse richtig zu steuern, um das Bohrgestängeseil freizugeben. Der Bohrvorgang wird daher nicht mit einem optimalen Wirkungsgrad arbeiten, was sowohl die Wahrscheinlichkeit verringert, das Bohrloch erfolgreich zu vollenden, als auch die Kosten der gesamten Operation erhöht.
  • Dementsprechend ist ein Bedarf an einem Bohrautomaten vorhanden, der nicht nur durch Bohrwerkzeuggewichtsmessungen arbeitet, sondern ebenfalls als Reaktion auf andere Messungen arbeitet, so daß Richtungs- oder Horizontalbohrlöcher gebohrt werden können.
  • Das US-Patent 4 793 421 an Jasinski beschreibt eine automatische Bohrvorrichtung zum automatischen Regeln der Freigabe des Bohrgestänges eines Bohrgestells während des Bohrens eines Bohrlochs, die folgendes umfaßt: einen Bohrfluiddruck-Sensor, einen mit dem Sensor gekoppelten Bohrfluiddruck-Regler zum Messen von Änderungen des Bohrfluiddrucks und auf den Regler reagierende Mittel zum Steuern eines Bohrgestänge-Controllers. Jedoch legt Jasinski weder die Verwendung von Relais zum Steuern des Controllers offen noch, daß eine Abnahme des Bohrfluiddruckes dazu führt, daß das Relais ein Bohrgestänge-Regelsignal abgibt, das den Bohrgestänge-Controller betätigt, um eine Zunahme der Freigaberate des Bohrgestänges zu bewirken.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird eine automatische Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt. Nebenansprüche definieren bevorzugte Merkmale der Erfindung. Außerdem wird in Anspruch 10 ein Verfahren nach der Erfindung definiert.
  • Die automatische Bohrvorrichtung schließt einen Bohrfluiddruck-Sensor ein und kann außerdem einen Bohrwerkzeuggewicht-Sensor, einen Bohrgestängedrehmoment-Sensor und einen Bohrgestängedrehzahl-Sensor einschließen. Die Sensoren gehen Signale, die den Bohrfluiddruck, das Bohrwerkzeuggewicht, das Bohrgestänge-Drehmoment und die Bohrgestänge-Drehzahl darstellen, an einen Bohrfluiddruck-Regler, einen Bohrwerkzeuggewicht-Regler, einen Bohrgestängedrehmoment-Regler bzw. einen Bohrgestängedrehzahl-Regler ab.
  • Die Regler empfangen ihre jeweiligen Signale, um Änderungen in diesen Signalen zu messen und ein für jedwede Änderungen repräsentatives Ausgangssignal zu erzeugen. Im einzelnen mißt der Bohrfluiddruck-Regler Änderungen des Bohrfluiddrucks und gibt ein diese Änderungen darstellendes Signal ab. Der Bohrwerkzeuggewicht-Regler mißt Änderungen des Bohrwerkzeuggewichts und gibt ein diese Änderungen darstellendes Signal ab. Der Bohrgestängedrehmoment-Regler mißt Änderungen des Bohgestänge-Drehmoments und gibt ein diese Änderungen darstellendes Signal ab. Der Bohrgestängedrehzahl-Regler mißt Änderungen der Bohrgestängedrehzahl und gibt ein diese Änderungen darstellendes Signal ab.
  • Jeder der Regler wird mit einem Relais verbunden, das auf das Ausgangssignal dieses Reglers anspricht, um ein Bohrgestänge-Regelsignal an einen Bohrgestänge-Controller abzugeben. Die Relais werden in Reihe geschaltet, so daß alle Regler gleichzeitig verwendet werden können, um dem Bohrgestänge-Controller über ihre jeweiligen Relais ein Bohrgestänge-Regelsignal bereitzustellen. Darüber hinaus werden die Relais mit Relaiswählern verbunden, welche die Relais an- und ausschalten, um zu ermöglichen, daß ein Bediener des Bohrautomaten wählt, welcher oder welche Kombination der Regler den Bohrvorgang steuern soll.
  • Der Bohrgestänge-Controller wird mit den Relais verbunden, um von dem Regler oder den Reglern, die den Bohrvorgang steuern, ein Bohrgestänge-Regelsignal zu empfangen. Zur Veranschaulichung, wenn das mit dem Bohrfluiddruck-Regler verbundene Relais eine Abnahme des Bohrfluiddruck-Signals empfängt, gibt es ein Bohrgestänge-Regelsignal ab, das den Bohrgestänge-Controller betätigt, um eine Zunahme der Freigaberate des Bohrgestänges zu bewirken. Umgekehrt führt eine Zunahme des Bohrfluiddrucks dazu, daß das Relais ein Bohrgestänge-Regelsignal abgibt, das den Bohrgestänge-Controller betätigt, um eine Abnahme der Freigaberate des Bohrgestänges zu bewirken.
  • Falls jedoch das mit dem Bohrwerkzeuggewicht-Regler verbundene Relais eine Abnahme des Bohrwerkzeuggewicht-Signals empfängt, gibt es ein Bohrgestänge-Regelsignal ab, das den Bohrgestänge-Controller betätigt, um eine Zunahme der Freigaberate des Bohrgestänges zu bewirken. Umgekehrt führt eine Zunahme des Bohrwerkzeuggewichts dazu, daß das Relais ein Bohrgestänge-Regelsignal abgibt, das den Bohrgestänge-Controller betätigt, um eine Abnahme der Freigaberate des Bohrgestänges zu bewirken.
  • Als Alternative dazu gibt das mit dem Bohrgesrängedrehmoment-Regler verbundene Relais, wenn es eine Abnahme des Bohrgestängedrehmoment-Signals empfängt, ein Bohrgestänge-Regelsignal ab, das den Bohrgestänge-Controller betätigt, um eine Zunahme der Freigaberate des Bohrgestänges zu bewirken. Jedoch führt eine Zunahme des Bohrgestänge-Drehmoments dazu, daß das Relais ein Bohrgestänge-Regelsignal abgibt, das den Bohrgestänge-Controller betätigt, um eine Abnahme der Freigaberate des Bohrgestänges zu bewirken.
  • Schließlich gibt das mit dem Bohrgestängedrehzahl-Regler verbundene Relais, falls es eine Zunahme des Bohrgestängedrehzahl-Signals empfängt, ein Bohrgestänge-Regelsignal ab, das den Bohrgestänge-Controller betätigt, um eine Zunahme der Freigaberate des Bohrgestänges zu bewirken. Umgekehrt führt eine Abnahme der Bohrgestänge-Drehzahl dazu, daß das Relais ein Bohrgestänge-Regelsignal abgibt, das den Bohrgestänge-Controller betätigt, um eine Abnahme der Freigaberate des Bohrgestänges zu bewirken.
  • Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Bohrautomaten bereitzustellen, der in der Lage ist, die Freigabe des Bohrgestänges eines Bohrgestells als Reaktion auf Veränderungen des Bohrfluiddrucks zu steuern.
  • Noch weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet im Licht des Folgenden offensichtlich werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Vorderansicht, die ein typisches Bohrgestell abbildet, das durch die automatische Bohrvorrichtung nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gesteuert wird.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm, das die automatische Bohrvorrichtung nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung abbildet.
  • 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Pumpdruck-Reglers der in 2 abgebildeten automatischen Bohrvorrichtung.
  • 4 ist eine Vorderansicht, die einen Pumpdruck-Sensor abbildet.
  • 5 ist eine Vorderansicht in teilweiser Perspektive, die einen Pumpfluiddruck-Sensor abbildet.
  • 6 ist eine Vorderansicht im Querschnitt, die ein Bohrlochkopf-Druckausgleichventil abbildet.
  • 7 ist eine Seitenansicht, die einen bei der automatischen Bohrvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Bohrstrangzug-Sensor abbildet.
  • 8 ist eine Seitenansicht, die einen bei der automatischen Bohrvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten alternativen Bohrstrangzug-Sensor abbildet.
  • 9 ist ein schematisches Diagramm, das eine Warnvorrichtung und einen Trennschalter für niedrigen Fluidstand abbildet.
  • 10 ist ein schematisches Diagramm, das einen bei der automatischen Bohrvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Rohrdrehmoment-Sensor abbildet.
  • 11 ist ein schematisches Diagramm, das einen bei der automatischen Bohrvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten alternativen Rohrdrehmoment-Sensor abbildet.
  • 12 ist ein schematisches Diagramm, das einen bei der automatischen Bohrvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Rohrdrehzahl-Sensor abbildet
  • 13 ist ein schematisches Diagramm, das einen bei der automatischen Bohrvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten alternativen Rohrdrehzahl-Sensor abbildet.
  • 14 ist ein schematisches Diagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel der automatischen Bohrvorrichtung abbildet, konfiguriert, um ein Rohrschlangen-Bohrgestell zu steuern.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • 1 illustriert ein typisches Bohrgestell, das durch die automatische Bohrvorrichtung nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gesteuert wird. Das Bohrgestell 10 kann verwendet werden, um Vertikal-, Richtungs- und Horizontalbohrlöcher zu bohren. Ein Bohrturm 20 trägt unter Verwendung eines Rotary-Hebewerks 22 ein Bohrgestänge 21 innerhalb eines Bohrlochs 86. Das Rotary-Hebewerk 22 schließt eine Bohrseiltrommel 26 und einen Bohrseilanker 27 mit einem zwischen denselben gespannten Bohrseil 28 ein. Auf dem Bohrturm 20 werden Rollen 29 und 30 angebracht, um das Seil 28 um einen Flaschenzugblock 31 zu winden, wodurch das Bohrgestänge 21 vom Bohrturm 20 hängt. Eine Bremse 32 steuert die Freigabe des Seils 28 von der Trommel 26, um die vertikale Position des Bohrgestänges 21 im Verhältnis zum Bohrturm 20 einzustellen.
  • Ein Drehtisch 24 treibt das Bohrgestänge 21 an, um den Bohrmeißel 23 zu drehen, wodurch das Bohrloch 86 gebohrt wird. Zusätzlich schließt das Bohrgestänge 21 einen Spülmotor 85 ein, der es ermöglicht, Richtungs- und Horizontalbohrlöcher zu bohren. Um das Bohrloch 86 in eine Formation 87 zu bohren, kann der Drehtisch 24 das Bohrgestänge 21 antreiben, um den Bohrmeißel 23 zu drehen, oder der Spülmotor 85 kann den Bohrmeißel 23 drehen, oder das Bohrgestänge 21 und der Spülmotor 85 können im Tandembetrieb verwendet werden. Jedoch treibt während eines typischen Bohrvorgangs der Spülmotor 85 den Bohrmeißel 23 nur am Ausrichtungspunkt des Bohrlochs 86 an, um einen genauen Bohrlochwinkel zu sichern, während das Bohrgestänge 21 den Bohrmeißel 23 während des Geradeausbohrens antreibt.
  • Eine Pumpe 25 pumpt über eine Bohrfluidleitung 88 Bohrfluid (d.h. Spülschlamm) in das Bohrgestänge 21, wo es das Bohrgestänge 21 hinab zu dem Spülmotor 85 und dem Bohrmeißel 23 läuft. Das Bohrfluid treibt den Spülmotor 85 an, stellt innerhalb des Bohrmeißels 23 einen Druck bereit, um Ausbrüche zu verhindern, und befördert gebohrte Formationsmaterialien aus dem Bohrloch 86.
  • Das Rotary-Hebewerk 22 muß das Bohrgestänge 21 in vertikaler Richtung längs des Bohrturms 20 justieren, um den Bohrmeißel 23 „auf Sohle" (d.h. auf der Sohle des Bohrlochs 86) zu halten und das Fortschreiten des Bohrlochs 86 durch die Formation 87 aufrechtzuerhalten. Solange das Bohrgestänge 21 einen ausreichenden und gleichbleibenden Druck auf den Bohrmeißel 23 aufrechterhält, wird der Bohrmeißel 23 das Bohrloch 86 aus der Formation 87 mit einer optimalen Eindringgeschwindigkeit ausmeißeln, die auf der Grundlage der Zusammensetzung der Formation 87 gewählt wird. Die Eindringgeschwindigkeiten variieren von nicht mehr als vier Fuß pro Stunde bis zu nicht weniger als einhundertundachtzig Fuß pro Stunde. Falls jedoch das Rotarry-Hebewerk 22 das Bohrgestänge 21 nicht justierte, würde sich der Bohrmeißel 23 „über Sohle" (d.h. über die Sohle des Bohrlochs 86) heben, und das Fortschreiten des Bohrlochs 86 durch die Formation 87 würde aufhören. Dementsprechend muß die Bremse 32 bedient werden, um zu ermöglichen, daß die Trommel 26 das Seil 28 freigibt und das Bohrgestänge 21 justiert, wodurch der gleichbleibende Druck auf den Bohrmeißel 23 gewährleistet wird, der erforderlich ist um die optimale Eindringgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten.
  • Um den Bohrmeißel 23 „auf Sohle" und folglich die optimale Eindringgeschwindigkeit zu erhalten, wird ein Bohrautomat 33 über ein Seil 207 mit einem Bremsgriff 208 verbunden, um die Freigabe des Seils 28 von der Trommel 26 zu regeln. Der Bohrautomat 33 erfaßt, wenn der Bohrmeißel 23 „über Sohle" ist und bedient die Bremse 32, um das Seil 28 freizugeben und das Bohrgestänge 21 abzusenken, bis der Bohrmeißel 23 wieder „auf Sohle" ist. Der Bohrautomat 33 bestimmt durch Messen des Bohrfluiddrucks, des Bohrwerkzeuggewichts, des Bohrgestänge-Drehmoments und der Bohrgestänge-Umdrehungen pro Minute (U/min), wann der Bohrmeißel 23 „über Sohle" ist. Ein Bohrfluiddruck-Sensor 34, ein Bohrwerkzeuggewicht-Sensor 35, ein Drehmomentsensor 36 und ein Drehzahlsensor 37 werden auf dem Ölbohrturm 20 angebracht, um Signale, die den Bohrfluiddruck, das Bohrwerkzeuggewicht, das Bohrgestänge-Drehmoment und die Bohrgestänge-Drehzahl darstellen, an den Bohrautomaten 33 abzugeben. Zusätzlich werden ein Bohrfluiddruck-Meßgerät 80, ein Bohrwerkzeuggewicht-Meßgerät 81, ein Bohrgestängedrehmoment-Meßgerät 82 und ein Bohrgestängedrehzahl-Meßgerät 83 auf dem Bohrgestell 10 angebracht, um die entsprechenden, durch den Bohrfluiddruck-Sensor 34, den Bohrwerkzeuggewicht-Sensor 35, den Drehmomentsensor 36 und den Drehzahlsensor 37 erzeugten, Signale für den Bohrgestellbediener zu registrieren, Der Bohrautomat 33 kann programmiert werden, um eine der obigen Messungen, eine Kombination der obigen Messungen oder alle der obigen Messungen zu nutzen, um die Bremse 32 und folglich die Position des Bohrmeißels 23 innerhalb des Bohrlochs 86 zu regeln.
  • Wie in 4 gezeigt, kann der Bohrfluiddruck-Sensor 34 einen Doppel-Gummihaubensensor 100 umfassen. Der Doppel-Gummihaubensensor 100 umfaßt Blöcke 101 bis 106, die unter Verwendung eines geeigneten Mittels, wie beispielsweise Schrauben, zusammengefügt werden, um Gummihauben 107 und 108 innerhalb eines Hohlraums 109 zu befestigen. Die Blöcke 101 bis 106 befestigen außerdem einen Kolben 110 innerhalb des Hohlraums 109. Der Doppel-Gummihaubensensor 100 wird unter Nutzung einer Hydraulikleitung 111 und eines Hydraulikleitungsverbinders 112, der in die Blöcke 101 und 104 geschraubt wird, mit dem Bohrautomaten 33 verbunden. Ein Sicherheitsventil 113 wird zwischen die Gummihaube 108 und den Hydraulikleitungsverbinder 112 eingefügt, um das Bohrfluiddruck-Signal vom Bohrautomaten 33 aufzuheben, wenn sich innerhalb des Bohrgestänges 21 ein übermäßiger Bohrfluiddruck ausbaut. Im Betrieb berührt das Bohrfluid die Gummihaube 107, um die Gummihaube 107 zum Zylinder 110 hin zu drücken. Die Gummihaube 107 berührt den Zylinder 110 und drückt ihn gegen die Gummihaube 108. Der Zylinder 110 wiederum bewegt die Gummihaube 108, um das Hydraulikfluid innerhalb der Hydraulikleitung 111 zu verdrängen. Der Druck, den die Gummihaube 108 gegen das Hydraulikfluid innerhalb der Hydraulikleitung 111 ausübt, stellt ein Signal bereit, das dem Bohrfluiddruck entspricht. Obwohl die Oberfläche der beiden Seiten des Zylinders 110 gleich sein kann, um ein Druckverhältnis von Eins zu Eins zwischen dem Bohrfluid und dem Hydraulikfluid zu gewährleisten, kann die Oberfläche des Endes des Zylinders 110, das die Gummihaube 108 berührt, vergrößert werden, um eine Verringerung des Verhältnisses des gemessenen Drucks zum tatsächlichen Fluiddruck zu gewährleisten. Zur Veranschaulichung könnte das Verhältnis der Zylinderoberflächen Vier zu Eins sein, um eine Eins-zu-Vier- Verringerung zwischen dem Bohrfluiddruck und dem Druck des Hydraulikfluids innerhalb der Hydraulikleitung 111 zu gewährleisten.
  • Wenn sich im Bohrgestänge 21 jedoch ein übermäßiger Bohrfluiddruck aufbaut, wird das Sicherheitsventil 113 verhindern, daß die Gummihaube 108 ein Signal an den Bohrautomaten 33 erzeugt. Im einzelnen wird sich die Gummihaube innerhalb des Hohlraums 109 derart heben, daß sie das Sicherheitsventil 113 über die Öffnung durch den Hydraulikleitungsverbinder 112 drückt, wodurch dieselbe blockiert wird. Demzufolge wird die Gummihaube 108 keinen Druck auf das Hydraulikfluid innerhalb der Hydraulikleitung 111 ausüben, und der Bohrautomat 33 wird kein Signal empfangen. Im Ergebnis dessen wird der Bohrautomat 33 nicht durch Überdruck beschädigt werden.
  • Als Alternative dazu kann ein standardmäßiger Bohrfluiddruck-Sensor eingesetzt werden. Zur Veranschaulichung bildet 5 ein Martin-Decker-Spülpumpdruck-Meßgerät ab, das eingesetzt werden kann, um dem Bohrautomaten 33 ein Signal zuzuleiten, das den Bohrfluiddruck anzeigt. Das Martin-Decker-Spülpumpdruck-Meßgerät schließt eine Membran 114 ein, die das Bohrfluid berührt, um einen Druck gegen das Hydraulikfluid innerhalb einer Hydraulikleitung 115 auszuüben, wodurch dem Bohrautomaten 33. ein Bohrfluiddruck-Signal bereitgestellt wird.
  • 6 illustriert ein Bohrlochkopf-Druckausgleichventil, das in Verbindung entweder mit dem Bohrfluiddruck-Sensor von 4 oder mit dem standardmäßigen Bohrfluiddruck-Sensor von 5 benutzt werden kann. Das Bohrlochkopf-Druckausgleichventil 120 stellt dem Bohrautomaten 33 ein Bohrfluiddruck-Signal bereit, das sowohl Änderungen des Bohrlochkopfdrucks als auch Änderungen des Drucks des Bohrfluids innerhalb des Bohrgestänges 21 einbezieht. Das Bohrlochkopf-Druckausgleichventil 120 umfaßt ein Gehäuse 121, das einen Kolben 122 umschließt, der beim bevorzugten Ausführungsbeispiel kreuzförmig ist. O-Ringe 123 bis 126 befestigen den Kolben 122 innerhalb des Gehäuses 121 und teilen außerdem den inneren Hohlraum des Gehäuses 121 in vier einzelne Hohlräume 127 bis 130. Der Hohlraum 127 wird mit der Hydraulikleitung 111 oder der Hydraulikleitung 115 verbunden, abhängig davon, welcher Bohrfluiddruck-Sensor verwendet wird, um ein Bohrfluiddruck-Signal gegen den Kolben 122 auszuüben. Der Hohlraum 130 wird mit dem Ausgang eines am Bohrlochkopf angebrachten Drucksensors verbunden, um ein hydraulisch befördertes Bohrlochkopfdruck-Signal auf den Kolben 122 auszuüben. Der Drucksensor am Bohrlochkopf kann von einem ähnlichen Typ sein wie die in 4 und 5 abgebildeten. Luft füllt den Hohlraum 128, um die Bewegung des Kolbens 122 innerhalb des Gehäuses 121 zu ermöglichen, während Hydraulikfluid den Hohlraum 129 füllt, um dem Bohrautomaten 33 über eine Hydraulikleitung 131 ein Hydraulikdrucksignal bereitzustellen. Dieses Hydraulikdrucksignal entspricht der Differenz zwischen dem Bohrfluiddruck innerhalb des Bohrgestänges 21 und dem Bohrfluiddruck am Bohrlochkopf.
  • Im Betrieb gleichen sich die über die Hohlräume 127 bis 130 gegen den Kolben 122 ausgeübten Hydraulikdrücke gegenseitig aus, um eine differentielle Signalausgabe bereitzustellen, die Änderungen des Bohrfluiddrucks entweder innerhalb des Bohrgestänges 21 oder am Bohrlochkopf repräsentiert. Zur Veranschaulichung wird entweder eine Zunahme des Bohrfluiddrucks innerhalb des Bohrgestänges 21 oder die Abnahme des Bohrfluiddrucks am Bohrlochkopf zu einer Zunahme des Drucks des dem Bohrautomaten 33 zugeführten Hydraulikfluids führen. Als Alternative dazu wird entweder eine Abnahme des Bohrfluiddrucks innerhalb des Bohrgestänges 21 oder eine Zunahme des Bohrfluiddrucks am Bohrlochkopf zu einer Abnahme des Drucks des dem Bohrautomaten 33 zugeführten Hydraulikdrucksignals führen.
  • 7 und 8 illustrieren zwei standardmäßige Bohrwerkzeuggewicht-Sensoren, die benutzt werden können, um dem Bohrautomaten 33 ein Bohrwerkzeuggewicht-Signal zuzuleiten. Im einzelnen bildet 7 einen Martin-Decker-Gleitschuh-Gewichtskontrollmesser ab, den am Seil 28 angebracht wird, um ein hydraulisches Signal bereitzustellen, welches das Gewicht repräsentiert, welches das Bohrgestänge 21 oben auf den Bohrmeißel 23 ausübt. Ein Hydraulikschlauch (nicht gezeigt) verbindet den Gleitschuh-Gewichtskontrollmesser 142 mit dem Bohrautomaten 33, um den Bohrautomaten 33 mit einer hydraulischen Darstellung des Gewichts zu versorgen, welches das Bohrgestänge 21 auf das Bohrwerkzeug 23 ausübt. Das heißt, das Seil 28 übt einen Druck gegen einen Ablenkstopfen 140 aus, der wiederum Druck gegen eine Membran 141 ausübt. Im Ergebnis dessen zieht sich die Membran 141 zusammen, um das Hydraulikfluid innerhalb des Hydraulikschlauchs unter Druck zu setzen, um dem Bohrautomaten 33 ein Hydraulikdrucksignal zuzuleiten.
  • In 8 implementiert ein Martin-Decker-Anker-Gewichtskontrollmesser den Bohrwerkzeuggewicht-Sensor 35, um dem Bohrautomaten 33 das hydraulische Signal bereitzustellen, welches das Gewicht repräsentiert, welches das Bohrgestänge 21 auf den Bohrmeißel 23 ausübt. Der Anker-Gewichtskontrollmesser 145 ersetzt außerdem den Seiltrommelanker 27. Das heißt, der Anker-Gewichtskontrollmesser verankert das Seil 28 am Bohrgestell 10 mit der Bohrseiltrommel 146. Im Betrieb, wenn sich die Zugspannung am Seil 28 ändert, übt ein Arm 147 Druck auf eine Membran 148 aus, die wiederum ein Hydraulikfluid innerhalb einer Hydraulikleitung 149 zusammendrückt, um dem Bohrautomaten 33 über die Hydraulikleitung 149 ein Hydraulikfluidsignal zuzuleiten.
  • 10 illustriert einen Martin-Decker-Zwischenrad-Zugsensor, der benutzt wird, um dem Bohrautomaten 33 ein hydraulisches Signal bereitzustellen, welches das Bohrgestänge-Drehmoment anzeigt. Der Zwischenrad-Zugsensor 160 wird benutzt, wenn eine Energiequelle, wie beispielsweise ein Dieselmotor, den Drehtisch 24 antreibt (siehe 1). Der Zwischenrad-Zugsensor 160 wird derart gegen eine Antriebskette 161 angebracht, daß ein Rad 162 an die Antriebskette 161 anstößt. Folglich dreht sich das Rad 162, wenn sich die Antriebskette 161 dreht, um einen nach unten gerichteten Spannungsdruck gegen einen Zwischenhebel 163 auszuüben, der wiederum Druck auf einen Hydraulikzylinder 167 ausübt, wodurch der Fluiddruck innerhalb einer Hydraulikfluidleitung 164 erhöht wird. Die Hydraulikfluidleitung 164 wird mit dem Bohrautomaten 33 verbunden, um dem Bohrautomaten 33 ein hydraulisches Signal bereitzustellen, welches das Bohrgestänge-Drehmoment repräsentiert.
  • 11 illustriert einen Bohrgestängedrehmoment-Sensor, der benutzt wird, wenn ein Elektromotor den Drehtisch 24 antreibt (siehe 1). Im einzelnen wird ein elektro-pneumatischer Meßwandler 165 mit einem Elektromotor 166 verbunden. Wenn der Elektromotor 166 arbeitet erzeugt er einen elektrischen Strom, der in den elektro-pneumatischen Meßwandler 165 eingespeist wird. Der elektropneumatische Meßwandler 165 wandelt dieses Stromsignal in ein pneumatisches Signal um, das er über einen Pneumatikschlauch 168 dem Bohrautomaten 33 zuleitet. Das dem Bohrautomaten 33 durch den elektro-pneumatischen Meßwandler 165 eingespeiste pneumatische Signal entspricht dem Drehmoment, das der Drehtisch 24 auf das Bohrgestänge 21 ausübt.
  • 12 illustriert einen Bohrgestängedrehzahl-Sensor, der benutzt wird, um dem Bohrautomaten 33 ein Signal bereitzustellen, das die Bohrgestänge-Drehzahl anzeigt, wenn eine Energiequelle, wie beispielsweise ein Dieselmotor oder ein Elektromotor, über ein Getriebe 170 den Drehtisch 24 antreibt. Ein Keilriemen 171 koppelt einen Generator 172 an die Getriebewelle 170, um den Generator 172 in Einklang mit dem Getriebe 170 anzutreiben. Im Ergebnis dessen erzeugt der Generator 172 ein Spannungssignal, das er einem elektro-pneumatischen Meßwandler 173 zuleitet. Der elektro-pneumatische Meßwandler 173 wandelt dieses Spannungssignal in ein pneumatisches Signal um, das danach dem Bohrautomaten 33 zugeleitet wird, um dem Bohrautomaten 33 die Drehzahl des Bohrgestänges 21 bereitzustellen. 13 illustriert einen alternativen Bohrgestängedrehzahl-Sensor, der dem Bohrautomaten ein Signal bereitstellt, das die Bohrgestänge-Drehzahl repräsentiert, wenn entweder ein Dieselmotor oder ein Elektromotor über das Getriebe 170 den Drehtisch 24 antreibt. Ein Näherungsschalter 174 entwickelt ein elektrisches Signal, das der Geschwindigkeit entspricht, mit welcher der Drehtisch 24 das Bohrgestänge 21 dreht. Ein elektropneumatischer Meßwandler 175 empfängt dieses elektrische Signal und wandelt es in ein pneumatisches Signal um, das die Bohrgestänge-Drehzahl repräsentiert. Der elektro-pneumatische Meßwandler 175 wird mit dem Bohrautomaten 33 verbunden, um dem Bohrautomaten 33 ein pneumatisches Signal bereitzustellen, das die Bohrgestänge-Drelzahl repräsentiert.
  • Wie in 2 gezeigt, umfaßt der Bohrautomat 33 einen Bohrfluiddruck-Regler 200, einen Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201, einen Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 und einen Bohrgestängedrehzahl-Regler 203, welche die Bohrsignale empfangen, die von dem Bohrfluiddruck-Sensor 34, dem Bohrwerkzeuggewicht-Sensor 35, dem Bohrgestängedrehmoment-Sensor 36 bzw. dem Bohrgestängedrehzahl-Sensor 37 entwickelt werden. Der Bohrautomat 33 umfaßt außerdem einen Druckluftmotor 204, der eine Differentialgetriebe-Einheit 205 antreibt. Die Differentialgetriebe-Einheit 205 betätigt eine Seiltrommel 206, um über ein Seil 207 einen Bremsgriff 208 zu heben oder zu senken, wodurch die Bremskraft eingestellt wird, welche die Bremse 32 gegen die Trommel 26 ausübt. Die Regler 200 bis 203 werden jeweils mit Ventilen 236 bis 239 verbunden, um ein pneumatisches Signal an den Druckluftmotor 204 abzugeben, das den Druckluftmotor 204 dazu bewegt, die Bremse 32 und folglich die Freigabe des Seils 28 von der Trommel 26 zu steuern. Obwohl die Regler 200 bis 233 gleichzeitig verwendet werden können, um die Bremse 32 zu steuern, können sie ebenfalls einzeln oder in jeder Kombination benutzt werden, um die Freigabe des Seils 28 von der Trommel 26 zu steuern.
  • Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Ventile 236 bis 239 Pneumatikventile, die als Relais arbeiten, um dem Druckluftmotor 204 Druckluft zuzuführen. Im einzelnen werden die Ventile 236 bis 239 in Reihe verbunden, um dem Druckluftmotor 204 von einer Luftzufuhr (nicht gezeigt) Druckluft zuzuführen. Das heißt, die Luftzufuhr fördert die Druckluft durch einen Durchflußmengenregler 212 zum Ventil 236. Ein Luftdruckmesser 231 registriert den dem Ventil 236 zugeführten Luftdruck und zeigt diesen Wert für den Bohrautomatenbediener an. Der Durchflußmengenegler 212 arbeitet, um den Druck der zum Ventil 236 geförderten Druckluft und folglich die Höchstgeschwindigkeit zu begrenzen, mit welcher der Druckluftmotor 204 die Seiltrommel 206 antreiben wird. Der Durchflußmengenregler 212 bestimmt daher die Höchstgeschwindigkeit, mit welcher der Bohrmeißel 23 in die Formation 87 eindringen könnte.
  • Ventilwähler 232 bis 235 steuern, welche der Regler 200 bis 203 den Bohrvorgang steuern. Das heißt, falls alle vier Regler den Bohrvorgang steuern sollen, bleiben die Ventilwähler 232 bis 235 an, so daß die Regler 200 bis 203 die Zufuhr von Druckluft von ihren jeweiligen Ventilen 236 bis 2351 steuern. Falls jedoch zum Beispiel nur der Bohrfluiddruck-Regler 200 den Bohrvorgang steuern soll, bleibt der Ventilwähler 232 angeschaltet, während die Ventilwähler 233 bis 235 ausgeschaltet werden. In dieser Position verhindert der Ventilwähler 232 weiter, daß die Luftzufuhr Druckluft auf eine Membran 240 des Ventils 236 fördert, so daß der Bohrfluidregler 200 das Öffnen und Schließen des Ventils 236 steuert. Umgekehrt ermöglichen die Ventilwähler 233 bis 235 im ausgeschalteten Zustand, daß die Luftzufuhr Druckluft unmittelbar auf Membranen 241 bis 243 der Ventile 237 bis 239 fördert. Im Ergebnis dessen öffnen sich die Ventile 237 bis 239 vollständig und arbeiten nur, um den durch den Bohrfluiddruck-Regler 200 geregelten Druckluftstrom durchzulassen. Das heißt, der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201, der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 und der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 bleiben aus und regeln die zum Druckluftmotor 204 geförderte Zufuhr von Druckluft nicht. Die Ventilwähler 232 bis 235 können in jeder Kombination bedient werden, so daß einer, eine Kombination oder alle der Regler 200 bis 203 die Zufuhr von Druckluft zum Druckluftmotor 204 regeln.
  • 3 bildet eine vergrößerte Ansicht des Bohrfluiddruck-Reglers 200 ab, und es wird darauf Bezug genommen, um eine Illustration der Verwendung der Regler 200 bis 203 beim Bohrautomaten 33 bereitzustellen. Im einzelnen mißt der Bohrfluiddruck-Regler 200 Änderungen des Bohrfluiddrucks, um einen Bohrvorgang zu regeln. Wie zuvor beschrieben, bleibt der Ventilwähler 232 an, und die Ventilwähler 233 bis 235 werden ausgeschaltet, so daß nur der Bohrfluiddruck-Regler 200 den Druckluftstrom von der Luftzufuhr zum Druckluftmotor 204 regelt. Der Bohrfluiddruck-Regler 200 sichert, daß der Bohrmeißel 23 mit einer optimalen Eindringgeschwindigkeit durch die Formation 87 fortschreitet, durch Halten des Bohrfluids innerhalb des Bohrgestänges 21 bei einem optimalen Druck Solange das Bohrfluid bei diesem optimalen Druck bleibt, wird der Bohrmeißel 23 mit einem ausreichenden Bohrwerkzeuggewicht „auf Sohle" liegen, um das Bohrloch 86 durch die Formation 87 zu bohren. Der Bohrfluiddruck-Regler 200 regelt den Bohrfluiddruck durch Freigeben des Seils 28 von der Trommel 26 als Reaktion auf Abnahmen des Bohrfluiddrucks. Die Freigabe des Seils 28 senkt das Bohrgestänge 21, um den Bohrmeißel 23 „auf Sohle" zu bringen. Wenn der Bohrmeißel 23 „auf Sohle" ist, erhöht der innerhalb des Bohrgestänges 21 erzeugte Rückstau den Bohrfluiddruck wieder auf seinen optimalen Wert. Sobald der Bohrfluiddruck seinen optimalen Wert erreicht, hält der Bohrfluiddruck-Regler 200 die Freigabe des Seils 28 an, um das Absenken des Bohrgestänges 21 zu beenden.
  • Der Bohrfluiddruck-Regler 200 schließt ein Bourdonrohr 210 ein, das mit dem Bohrfluiddruck-Sensor 34 verbunden wird, um Änderungen des Bohrfluiddrucks innerhalb des Bohrgestänges 21 zu erfassen und das Ventil 236 entsprechend zu steuern. Der Bohrfluiddruck-Regler 200 schließt außerdem eine Klappe 213, eine Stellschraube 214, eine Platte 215, eine Düse 216, eine Feder 230 und einen Sicherheitsabschaltknopf 217 ein. Die Klappe 213 wird mit einer Gelenkschraube 220 mit einem Ende des Bourdonrohrs 210 verbunden, während die Feder 230 mit der Platte 215 und der Klappe 213 verbunden wird, um eine Rückstellkraft bereitzustellen, welche die Klappe 213 nahe der Düse 216 hält. Die Düse 216 wird auf der Platte 215 angebracht, um als Reaktion auf Änderungen des Bohrfluiddrucks veränderliche Druckluftmengen von der Luftzufuhr zur Membran 240 des Ventils 236 zu fördern. Die Stellschraube 214 wird mit der Platte 215 verbunden, um die Platte 215 quer zur Klappe 213 um eine Gelenkschraube 225 einzustellen. Das heißt, die Stellschraube 214 schwenkt den Oberteil der Platte 215 in einem Bogen um die Gelenkschraube 225, um die Düse 216 entweder näher oder weiter zur Klappe 213 anzuordnen. Außerdem schließt die Platte 215 einen Gelenkzapfen 224 ein, der den Drehpunkt für die Klappe 213 bereitstellt.
  • Im normalen Betrieb bedient das Bourdonrohr 210 die Klappe 213 als Reaktion auf Änderungen des Bohrfluiddrucks, um die Druckluftmenge zu verändern, welche die Düse 216 dem Ventil 236 zuführt. Diese veränderliche Druckluftmenge verändert die Öffnung des Ventils 236 und folglich die Kraft, mit der die Druckluft den Druckluftmotor 204 antreibt. Bevor jedoch der Bohrfluidregler 200 automatisch den Bohrfluiddruck regeln wird, müssen die Düse 216 und die Klappe 213 geeicht werden, um dem Ventil 236 eine durch den Bohrerbediener gewählte Druckluftmenge zuzuführen.
  • Um den Bohrfluiddruck-Regler 200 zu eichen und den Bohrfluiddruck automatisch zu regeln, müssen die Bohrgestellbediener zuerst die Bremse 32 manuell bedienen, um den Bohrmeißel 23 „auf Sohle" zu bringen. Sobald sich der Bohrmeißel 23 „auf Sohle" befindet, verbinden die Bohrgestellbediener das Seil 207 mit dem Bremsgriff 208. Danach muß die Stellschraube 214 justiert werden, um die Düse 216 im Verhältnis zur Klappe 213 zu bewegen, so daß sie dem Ventil 236 Druckluft zuführt. Die Zufuhr von Druckluft durch die Düse 216 öffnet das Ventil 236, wodurch das Ingangsetzen des Druckluftmotors 204 ermöglicht wird.
  • Falls die Stellschraube 214 und folglich die Düse 216 unjustiert bleiben, wird der Bohrfluiddruck-Regler 200 keinen gleichbleibenden Bohrfluiddruck aufrechterhalten. Im einzelnen lenkt die Klappe 213 keine Druckluft in eine Mündung 222 ab, und die gesamte Druckluft, die durch eine Mündung 218 in die Düse 216 fließt, entweicht durch einen Düsenauslaß 221. Die Mündung 222 führt daher keine Druckluft über die Oberseite der Membran 240 zu, was dazu führt, daß das Ventil 236 geschlossen bleibt. Bei geschlossenem Ventil 236 erhält der Druckluftmotor 204 keine Druckluft, was bewirkt, daß die Bremse 32 eingerastet bleibt. Demzufolge gibt die Trommel 26 das Seil 28 nicht frei, was dazu führt, daß sich der Bohrmeißel 23 „über Sohle" hebt. Folglich muß die Düse 216 justiert werden, um dem Druckluftmotor 204 die durch den Bohrgestellbediener gewählte Druckluftmenge zuzuführen, so daß der optimale Bohrfluiddruck innerhalb des Bohrgestänges 21 aufrechterhalten wird.
  • Die Stellschraube 214 wird schraubend mit der Platte 215 verbunden, um die Platte 215 und folglich die Düse 216 quer zur Klappe 213 zu justieren. Wenn ein Bohrgestellbediener die Stellschraube 214 anzieht, schwenkt die Platte 215 um die Gelenkschraube 225 von rechts nach links. Das heißt, die Stellschraube 214 schwenkt den Oberteil der Platte 215 in einem Bogen um die Gelenkschraube 225 von rechts nach links, um die Düse 216 näher an der Klappe 213 anzuordnen. Im Ergebnis dessen lenkt die Klappe 213 den Druckluftstrom vom Düsenauslaß 221 in die Mündung 222, welche die Druckluft dem Ventil 236 zuführt. Die Ablenkung der Druckluft in das Ventil 236 treibt die Membran 240 nach unten, um Federn 226 und 227 zusammenzudrücken und das Ventil 236 zu öffnen. Das Lösen der Stellschraube 214 bewegt die Düse 216 von der Klappe 213 weg, um die Ablenkung von Druckluft in das Ventil 236 zu verringern oder zu beseitigen.
  • Das Öffnen des Ventils 236 ermöglicht, daß Druckluft von der Luftzufuhr von einem Hohlraum 228 in einen Hohlraum 229 und aus dem Ventil 236 in das Ventil 237 strömt. Danach strömt die Druckluft durch die Ventile 237 bis 239 zum Druckluftmotor 204, da die Ventile 237 bis 239 zuvor durch die Ventilwähler 233 bis 235 geöffnet wurden. Die in den Druckluftmotor 204 eintretende Luft setzt denselben in Gang und beginnt ihn zu drehen. Wenn sich der Druckluftmotor 204 dreht, überträgt die Differentialgetriebe-Einheit 205 diese Bewegung zur Seiltrommel 206, die über das Seil 207 den Bremsgriff 208 anzieht, um die Bremskraft zu verrigern, welche die Bremse 32 auf die Trommel 26 ausübt Infolgedessen gibt die Trommel 26 das Seil 28 frei, um mehr Gewicht des Bohrgestänges 21 auf den Bohrmeißel 23 zu bringen, was eine Zunahme des Bohrfluiddrucks bewirkt.
  • Ein Bohrgestellbediener zieht die Stellschraube 214 an, um die Freigabe des Bohrgestänges 21 zu bewirken, bis das Bohrfluid innerhalb des Bohrgestänges 21 seinen gewünschten Druck erreicht: Das Bohrfluiddruck-Meßgerät 80 (siehe 1) registriert den Druck des Bohrfluids innerhalb des Bohrgestänges 21 und zeigt ihn für den Bohrgestellbediener an. Dementsprechend hört der Bohrgestellbediener auf, die Stellschraube 214 anzuziehen, wenn das Bohrfluiddruck-Meßgerät 80 den gewünschten Bohrfluiddruck registriert. Als Alternative dazu registriert ein Pneumatikdruck-Meßgerät 244 den Druck der Druckluft, welche die Düse 216 dem Ventil 236 zuführt, und zeigt denselben an. Folglich hört der Bohrgestellbediener auf, die Stellschraube 214 anzuziehen, wenn das Pneumatikdruck-Meßgerät 244 den gewünschten Druck der Druckluft und folglich das gewünschte Öffnen des Ventils 236 registriert.
  • Wenn die Stellschraube 214 nicht weiter angezogen wird, stabilisiert sich die: Menge der Druckluft, die das Ventil 236 dem Druckluftmotor 204 zuführt, auf eine gleichbleibende Menge. Im Ergebnis dessen hält der Druckluftmotor 204 die Bremse 32 mit einer gleichbleibenden Kraft im Eingriff gegen die Trommel 26. Demzufolge wird die Trommel 26 das Seil 28 langsam freigeben, so daß das Bohrgestänge 21 ein ausreichendes Bohrwerkzeuggewicht aufrechterhalten wird, um den Druck des Bohrfluids innerhalb des Bohrgestänges 21 bei seinem optimalen Druck zu halten.
  • An diesem Punkt sollte der Bohrmeißel 23 mit der optimalen Eindringgeschwindigkeit durch die Formation 87 fortschreiten. Unglücklicherweise wird sich der Bohrmeißel 23 selbst unter optimalen Bohrbedingungen „über Sohle" heben und es folglich erforderlich machen, daß der Bohrfluiddruck-Regler 200 die Freigabe des Seils 28 von der Trommel 26 nachstellt. Jedes Mal, wenn sich der Bohrmeißel 23 auch nur geringfügig „über Sohle" hebt, nimmt der Bohrfluiddruck innerhalb des Bohrgestänges 21 ab. Der Bohrfluiddruck-Sensor 34 mißt diese Abnahme und gibt ein hydraulisches Signal an das Bourdonrohr 210 ab, das diese Abnahme repräsentiert. Jede durch das Bourdonrohr 210 registrierte Abnahme des Bohrfluiddrucks bewirkt, daß es sich zusammenzieht. Wenn sich das Bourdonrohr 210 zusammenzieht, schiebt es über seine Verbindung mit der Klappe 213 an der Gelenkschraube 220 die Klappe 213 nach links. Wenn sich die Klappe 213 an der Gelenkschraube 220 nach links bewegt, schwenkt ihr Mittelpunkt um den Zapfen 224, um ihr entgegengesetztes Ende zum Düsenauslaß 221 hin zu schieben. Das Schwenken der Klappe 213 zu einer Position näher an der Düse 216 beschränkt den zusätzlichen Druckluftstrom vom Düsenauslaß 221 und leitet diesen Druckluftstrom in die Mündung 222 um. Die Mündung 222 führt die Druckluft der Oberseite der Membran 240 zu, wodurch das Ventil 236 weiter geöffnet wird. Durch das weiter geöffnete Ventil 236 erhält der Druckluftmotor 204 eine zusätzliche Menge Druckluft, welche die Geschwindigkeit erhöht, mit der er sich dreht. Als Reaktion darauf hebt die Seiltrommel 206 den Bremsgriff 208, was bewirkt, daß die Bremse 32 sich weiter von der Trommel 26 ausklinkt. Infolgedessen gibt die Trommel 26 das Seil 28 um eine zusätzliche Strecke frei, wodurch das Bohrgestänge 21 gesenkt wird Die Trommel 26 senkt das Bohrgestänge 21, bis der Bohrmeißel 23 wieder „auf Sohle" liegt, so daß eine Zunahme des Drucks des Bohrfluids innerhalb des Bohrgestänges 21 bewirkt werden kann.
  • Wenn der Bohrfluiddruck zu seinem optimalen Wert zurückkehrt, registriert der Bohrfluiddruck-Sensor 34 diese Zunahme und leitet dem Bourdonrohr 210 ein hydraulisches Signal zu, das diese Zunahme repräsentiert. Der zunehmende Hydraulikfluiddruck innerhalb des Bourdonrohrs 210 bewirkt, daß es sich ausdehnt und über seine Verbindung mit der Klappe 213 an der Gelenkschraube 220 die Klappe 213 nach rechts zieht. Durch das Schwenken der Klappe 213 an der Gelenkschraube 220 nach rechts schwenkt ihre Mitte um den Zapfen 224, um ihr entgegengesetztes Ende nach links zu schieben, wodurch es weiter vom Düsenauslaß 221 weg bewegt wird. Im Ergebnis dessen führt die Mündung 222 weniger Druckluft über den Oberteil der Membran 240 zu, während der Düsenauslaß 221 mehr Druckluft abläßt. Demzufolge schließt sich das Ventil 236 geringfügig, um dem Druckluftmotor 204 weniger Druckluft zuzuführen, was bewirkt, daß sich derselbe langsamer dreht. Als Reaktion darauf gibt die Differentialgetriebe-Einheit 205 die Seiltrommel 206 frei, so daß sich der Bremsgriff 208 senkt. Die Differentialgetriebe-Einheit 205 schließt eine erste, mit der Seiltrommel 206 verbundene, Welle und eine zweite, über einen flexiblen Kabelschacht 91 mit einem Radtrommel-Rotationssensor 90 verbundene, Welle ein. Der Radtrommel-Rotationssensor 90 erfaßt die Rotation der Trommel 26 und überträgt diese Rotation über den flexiblen Kabelschacht 91 auf die zweite Welle der Differentialgetriebe-Einheit 205. Dementsprechend beschleunigt die zweite Welle im Verhältnis zur ersten Welle, wenn sich der Druckluftmotor 204 langsamer dreht als die Trommel 26, was dazu führt, daß die erste Welle noch langsamer wird. Das Langsamerwerden der ersten Welle nimmt die Antriebskraft von der Seiltrommel 206 und ermöglicht folglich, daß sie das Seil 207 abspult, um den Bremshebel 208 zu senken. Mit gesenktem Bremsgriff 208 erhöht die Bremse 32 ihr Bremsen der Trommel 26, was dazu führt, daß sich die Freigabe des Seils 28 auf ihren geeichten Wert verlangsamt.
  • Der Sicherheitsabschaltknopf 217 arbeitet, um zu verhindern, daß der Bohrfluiddruck-Regler 200 das Bohrgestänge 21 entweder während einer Bohrgestellstörung oder unter gefährlichen Bohrbedingungen freigibt. Wie zuvor beschrieben, wird der Bohrfluiddruck-Regler 200 das Bohrgestänge 21 freigeben, wenn er eine Abnahme des Bohrfluiddrucks erfaßt. Unglücklicherweise sollte nicht jede Abnahme des Bohrfluiddrucks zu einer Freigabe des Bohrgestänges 21 führen. Wenn zum Beispiel die Bohrfluidpumpe 25 aufhört zu pumpen, das Bohrgestänge 21 bricht oder der Bohrmeißel 23 in eine Kaverne eindringt, wird der Bohrfluiddruck abnehmen, der Bohrfluiddruck-Regler 200 sollte das Bohrgestänge 21 jedoch nicht freigeben. Die Freigabe des Bohrgestänges 21 unter solchen Bedingungen könnte das Bohrgestell 10 beschädigen oder eine Situation hervorrufen, in der eine Verletzung der Bohrgestellbediener geschehen könnte.
  • Im Fall einer großen Abnahme des Bohrfluiddrucks schwenkt der Sicherheitsabschaltknopf 217 die Klappe 213 vom Düsenauslaß 221 weg. Das heißt, unter normalem Betrieb schwenkt das Bourdonrohr 210 die Klappe 213 zur Düse 216 hin, wodurch bewirkt wird, daß die Düse 216 das Ventil 236 weiter öffnet. Falls der Bohrfluiddruck jedoch unter ein vom Bediener eingestelltes Minimum fällt, wird das Bourdonrohr 210 die Klappe 213 gegen den Sicherheitsabschaltknopf 217 drücken. Wenn das Bourdonrohr 210 die Klappe 213 gegen den Sicherheitsabschaltknopf 217 drückt, dreht sich die Klappe 213 in einem Bogen nach rechts um die Gelenkschraube 220. Im Ergebnis dessen schwenkt das entgegengesetzte Ende der Klappe 213 vom Düsenauslaß 221 weg, um zu ermöglichen, daß der Düsenauslaß 221 die gesamte der Düse 216 von der Luftzufuhr zugeführte Druckluft abläßt. Dementsprechend führt die Düse 216 dem Ventil 236 keine Druckluft zu, und das Ventil 236 schließt sich. Mit dem geschlossenen Ventil 236 schaltet sich der Druckluftmotor 204 ab, um die Freigabe des Seils 28 von der Trommel 26 anzuhalten, wodurch der Bohrvorgang beendet wird. Wie in 2 gezeigt, kann der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 verwendet werden, um einen Bohrvorgang zu steuern. Im einzelnen mißt der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 Änderungen des Bohrwerkzeuggewichts, um die Geschwindigkeit zu regeln, mit welcher der Bohrmeißel 23 in die Formation 87 eindringt. Damit der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 den Bohrvorgang steuert, muß der Ventilwähler 233 angeschaltet werden, und die Ventilwähler 232, 234 und 235 müssen ausgeschaltet werden, so daß nur der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 den Druckluftstrom von der Luftzufuhr zum Druckluftmotor 204 regelt. Der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 sichert, daß der Bohrmeißel 23 mit einer optimalen Eindringgeschwindigkeit durch die Formation 87 fortschreitet, durch Halten des Gewichts, welches das Bohrgestänge 21 auf den Bohrmeißel 23 ausübt, bei einem optimalen Gewicht. Solange das Bohrgestänge 21 dieses optimale Gewicht ausübt, wird der Bohrmeißel 23 mit einem ausreichenden Bohrwerkzeuggewicht „auf Sohle" liegen, um das Bohrloch 86 durch die Formation 87 zu bohren. Der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 regelt das Bohrwerkzeuggewicht durch Freigeben des Seils 28 von der Trommel 26 als Reaktion auf durch das Seil 28 erfahrene Zunahmen des Hakenlastgewichts (d.h. des Zugs). Die Freigabe des Seils 28 senkt das Bohrgestänge 21, um den Bohrmeißel 23 „auf Sohle" zu bringen, wodurch das Hakenlastgewicht des Seils 28 verringert wird. Die Trommel 26 gibt das Seil 28 weiter frei, bis das Gewicht, welches das Bohrgestänge 21 auf den Bohrmeißel 23 ausübt, zu seinem optimalen Wert zurückkehrt. Sobald das Gewicht, welches das Bohrgestänge 21 auf den Bohrmeißel 23 ausübt, seinen optimalen Wert erreicht, hält der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 die Freigabe des Seils 28 an, um das Absenken des Bohrgestänges 21 zu beenden.
  • Der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 schließt ein Bourdonrohr 250 ein, das mit dem Bohrwerkzeuggewicht-Sensor 35 verbunden wird, um Änderungen des Bohrwerkzeuggewichts zu erfassen und das Ventil 237 entsprechend zu steuern. Der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 schließt außerdem eine Klappe 251, eine Stellschraube 252, eine Platte 253, eine Düse 254 und eine Feder 255 ein. Die Klappe 251 wird mit einer Gelenkschraube 256 mit dem einen Ende des Bourdonrohrs 250 verbunden, während die Feder 255 mit der Platte 253 und der Klappe 251 verbunden wird, um eine Rückstellkraft bereitzustellen, welche die Klappe 251 nahe der Düse 254 hält. Die Düse 254 wird auf der Platte 253 angebracht, um als Reaktion auf Änderungen des Bohrwerkzeuggewichts veränderliche Druckluftmengen von der Luftzufuhr zur Membran 241 des Ventils 237 zu fördern. Die Stellschraube 252 wird mit der Platte 253 verbunden, um die Platte 253 quer zur Klappe 251 um eine Gelenkschraube 257 einzustellen. Das heißt, die Stellschraube 252 schwenkt den Oberteil der Platte 253 in einem Bogen um die Gelenkschraube 257, um die Düse 254 entweder näher oder weiter zur Klappe 251 anzuordnen. Außerdem schließt die Platte 253 einen Gelenkzapfen 256 ein, der den Drehpunkt für die Klappe 251 bereitstellt.
  • Im normalen Betrieb bedient das Bourdonrohr 250 die Klappe 251 als Reaktion auf Änderungen des Bohrwerkzeuggewichts, um die Druckluftmenge zu verändern, welche die Düse 254 dem Ventil 237 zuführt. Diese veränderliche Druckluftmenge verändert die Öffnung des Ventils 237 und folglich die Kraft, mit der die Druckluft den Druckluftmotor 204 antreibt. Bevor jedoch der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 automatisch das Bohrwezkzeuggewicht regeln wird, müssen die Düse 254 und die Klappe 251 geeicht werden, um dem Ventil 237 eine durch den Bohrerbediner gewählte Druckluftmenge zuzuführen.
  • Um den Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 zu eichen und das Bohrwerkzeuggewicht automatisch zu regeln, müssen die Bohrgestellbediener zuerst die Bremse 32 manuell bedienen, um den Bohrmeißel 23 „auf Sohle" zu bringen. Sobald sich der Bohrmeißel 23 „auf Sohle" befindet, verbinden die Bohrgestellbediener das Seil 207 mit dem Bremsgriff 208. Danach muß die Stellschraube 252 justiert werden, um die Düse 254 im Verhältnis zur Klappe 251 zu bewegen, so daß sie dem Ventil 217 Druckluft zuführt. Die Zufuhr von Druckluft durch die Düse 254 öffnet das Ventil 237, wodurch das Ingangsetzen des Druckluftmotors 204 ermöglicht wird.
  • Falls die Stellschraube 252 und folglich die Düse 254 unjustiert bleiben, wird der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 kein gleichbleibendes Bohrwerkzeuggewicht aufrechterhalten. Im einzelnen lenkt die Klappe 251 keine Druckluft in eine Mündung 260 ab, und die gesamte Druckluft, die durch eine Mündung 259 in die Düse 254 fließt, entweicht durch einen Düsenauslaß 261. Die Mündung 260 führt daher keine Druckluft über die Oberseite der Membran 241 zu, was dazu führt, daß das Ventil 237 geschlossen bleibt. Bei geschlossenem Ventil 237 erhält der Druckluftmotor 204 keine Druckluft, was bewirkt, daß die Bremse 32 eingerastet bleibt. Demzufolge gibt die Trommel 26 das Seil 28 nicht frei, was dazu führt, daß sich der Bohrmeißel 23 „über Sohle" hebt. Folglich muß die Düse 254 justiert werden, um dem Druckluftmotor 204 die durch den Bohrgestellbediener gewählte Druckluftmenge zuzuführen, so daß das optimale Bohrwerkzeuggewicht aufrechterhalten wird.
  • Die Stellschraube 252 wird schraubend mit der Platte 253 verbunden, um die Platte 253 und folglich die Düse 254 quer zur Klappe 251 zu justieren. Wenn ein Bohrgestellbediener die Stellschraube 252 löst, schwenkt die Platte 253 um die Gelenkschraube 257 von links nach rechts. Das heißt, die Stellschraube 252 schwenkt den Oberteil der Platte 253 in einem Bogen um die Gelenkschraube 257 von links nach rechts, um die Düse 254 näher an der Klappe 251 anzuordnen. Im Ergebnis dessen lenkt die. Klappe 251 den Druckluftstrom vom Düsenauslaß 261 in die Mündung 260, welche die Druckluft dem Ventil 237 zuführt. Die Ablenkung der Druckluft in das Ventil 237 treibt die Membran 241 nach unten, um Federn 262 und 263 zusammenzudrücken und das Ventil 237 zu öffnen. Das Anziehen der Stellschraube 252 bewegt die Düse 254 von der Klappe 251 weg, um die Ablenkung von Druckluft in das Ventil 237 zu verringern oder zu beseitigen.
  • Das Öffnen des Ventils 237 ermöglicht, daß Druckluft von der Luftzufuhr von einem Hohlraum 264 in einen Hohlraum 265 und aus dem Ventil 237 in das Ventil 238 strömt. Zuerst strömt die Druckluft zum Ventil 237, weil der Ventilwähler 232 das Ventil 236 offenhält. Die Druckluft fließt vom Ventil 237 durch die Ventile 238 und 239 zum Druckluftmotor 204, da die Ventile 238 und 239 zuvor durch die Ventilwähler 234 und 235 geöffnet wurden. Die in den Druckluftmotor 204 eintretende Luft setzt denselben in Gang und beginnt ihn zu drehen. Wenn sich der Druckluftmotor 204 dreht, überträgt die Differentialgetriebe-Einheit 205 diese Bewegung zur Seiltrommel 206, die über das Seil 207 den Bremsgriff 208 anzieht, um die Bremskraft zu verringern, welche die Bremse, 32 auf die Trommel 26 ausübt. Infolgedessen gibt die Trommel 26 das Seil 28 frei, um mehr Gewicht des Bohrgestänges 21 auf den Bohrmeißel 23 zu bringen.
  • Ein Bohrgestellbediener löst die Stellschraube 252, um die Freigabe des Bohrgestänges 21 zu bewirken, bis das Bohrgestänge 21 mit dem gewünschten Gewicht auf dem Bohrmeißel 23 liegt. Das Bohrwerkzeuggewicht-Meßgerät 81 (siehe 1) registriert das Gewicht, welches das Bohrgestänge 21 oben auf den Bohrmeißel 23 ausübt, und zeigt es für den Bohrgestellbediener an. Dementsprechend hört der Bohrgestellbediener auf, die Stellschraube 252 zu lösen, wenn das Bohrwerkzeuggewicht-Meßgerät 81 das gewünschte Bohrwerkzeuggewicht registriert. Als Alternative dazu registriert ein Pneumatikdruck-Meßgerät 266 den Druck der Druckluft, welche die Düse 254 dem Ventil 237 zuführt, und zeigt denselben an. Folglich hört der Bohrgestellbediener auf, die Stellschraube 252 zu lösen, wenn das Pneumatikdruck-Meßgerät 266 den gewünschten Druck der Druckluft und folglich das gewünschte Öffnen des Ventils 237 registriert.
  • Wenn die Stellschraube 252 nicht weiter gelöst wird, stabilisiert sich die Menge der Druckluft, die das Ventil 237 dem Druckluftmotor 204 zuführt, auf eine gleichbleibende Menge. Im Ergebnis dessen hält der Druckluftmotor 204 die Bremse 32 mit einer gleichbleibenden Kraft im Eingriff gegen die Trommel 26. Demzufolge wird die Trommel 26 das Seil 28 langsam freigeben, so daß das Bohrgestänge 21 sein optimales Bohrwerkzeuggewicht aufrechterhalten wird.
  • An diesem Punkt sollte der Bohrmeißel 23 mit der optimalen Eindringgeschwindigkeit durch die Formation 87 fortschreiten. Unglücklicherweise wird sich der Bohrmeißel 23 selbst unter optimalen Bohrbedingungen „über Sohle" heben und es folglich erforderlich machen, daß der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 die Freigabe des Seils 28 von der Trommel 26 nachstellt. Jedes Mal, wenn sich der Bohrmeißel 23 auch nur geringfügig „über Sohle" hebt, nimmt die durch das Seil 28 erfahrene Hakenlast zu. Das heißt, der Zug innerhalb des Seils 28 nimmt zu. Der Bohrwerkzeuggewicht-Sensor 35 mißt diese Zunahme und gibt ein hydraulisches Signal an das Bourdonrohr 250 ab, das diese Zunahme repräsentiert. Jede durch das Bourdonrohr 250 registrierte Zunahme der Hakenlast bewirkt, daß es sich ausdehnt. Wenn sich das Bourdonrohr 250 ausdehnt, zieht es über seine Verbindung mit der Klappe 251 an der Gelenkschraube 256 die Klappe 251 nach rechts. Wenn sich die Klappe 251 an der Gelenkschraube 256 nach rechts bewegt, schwenkt ihr Mittelpunkt um den Zapfen 258, um ihr entgegengesetztes Ende zum Düsenauslaß 261 hin zu schieben. Das Schwenken der Klappe 251 zu einer Position näher an der Düse 254 beschränkt den zusätzlichen Druckluftstrom vom Düsenauslaß 261 und leitet diesen Druckluftstrom in die Mündung 260 um. Die Mündung 260 führt die Druckluft der Oberseite der Membran 241 zu, wodurch das Ventil 237 weiter geöffnet wird. Durch das weiter geöffnete Ventil 237 erhält der Druckluftmotor 204 eine zusätzliche Menge Druckluft, welche die Geschwindigkeit erhöht, mit der er sich dreht. Als Reaktion darauf hebt die Seiltrommel 206 den Bremsgriff 208, was bewirkt, daß die Bremse 32 sich weiter von der Trommel 26 ausklinkt. Infolgedessen gibt die Trommel 26 das Seil 28 um eine zusätzliche Strecke frei, wodurch das Bohrgestänge 21 gesenkt wird. Die Trommel 26 senkt das Bohrgestänge 21, bis der Bohrmeißel 23 wieder „auf Sohle" liegt, so daß eine Zunahme des Gewichts, welches das Bohrgestänge 21 auf den Bohrmeißel 23 ausübt, bewirkt werden kann.
  • Wenn das Gewicht, welches das Bohrgestänge 21 auf den Bohrmeißel 23 ausübt, zu seinem optimalen Wert zurückkehrt, registriert der Bohrwerkzeuggewicht-Sensor 35 die Abnahme der durch das Seil 28 erfahrenen Hakenlast (d.h. des Zugs) und leitet dem Bourdonrohr 250 ein hydraulisches Signal zu, das diese Abnahme repräsentiert. Der abnehmende Hydraulikfluiddruck innerhalb des Bourdonrohrs 250 bewirkt, daß es sich zusammenzieht und über seine Verbindung mit der Klappe 251 an der Gelenkschraube 256 die Klappe 251 nach links schiebt. Durch das Schwenken der Klappe 251 an der Gelenkschraube 256 nach links schwenkt ihre Mitte um den Zapfen 258, um ihr entgegengesetztes Ende nach rechts zu schieben, wodurch es weiter vom Düsenauslaß 261 weg bewegt wird. Im Ergebnis dessen führt die Mündung 260 weniger Druckluft über den Oberteil der Membran 241 zu, während der Düsenauslaß 261 mehr Druckluft abläßt. Demzufolge schließt sich das Ventil 237 geringfügig, um dem Druckluftmotor 204 weniger Druckluft zuzuführen, was bewirkt, daß sich derselbe langsamer dreht. Als Reaktion darauf gibt die Differentialgetriebe-Einheit 205 die Seiltrommel 206 frei, so daß sich der Bremsgriff 208 senkt. Die Differentialgetriebe-Einheit 205 schließt eine erste, mit der Seiltrommel 206 verbundene, Welle und eine zweite, über einen flexiblen Kabelschacht 91 mit einem Radtrommel-Rotationssensor 90 verbundene, Welle ein. Der Radtrommel-Rotationssensor 90 erfaßt die Rotation der Trommel 26 und überträgt diese Rotation über den flexiblen Kabelschacht 91 auf die zweite Welle der Differentialgetriebe-Einheit 205. Dementsprechend beschleunigt die zweite Welle im Verhältnis zur ersten Welle, wenn sich der Druckluftmotor 204 langsamer dreht als die Trommel 26, was dazu führt, daß die erste Welle noch langsamer wird. Das Langsamerwerden der ersten Welle nimmt die Antriebskraft von der Seiltrommel 206 und ermöglicht folglich, daß sie das Seil 207 abspult, um den Bremshebel 208 zu senken. Mit gesenktem Bremsgriff 208 erhöht die Bremse 32 ihr Bremsen der Trommel 26, was dazu führt, daß sich die Freigabe des Seils 28 auf ihren geeichten Wert verlangsamt.
  • Wie in 2 gezeigt, kann der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 benutzt werden, um einen Bohrvorgang zu regeln. Im einzelnen mißt der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 Änderungen des Bohrgestänge-Drehmoments, um die Geschwindigkeit zu regeln, mit welcher der Bohrmeißel 23 in die Formation 87 eindringt. Damit der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 den Bohrvorgang steuert, muß der Ventilwähler 234 angeschaltet werden, und die Ventilwähler 232, 233 und 235 müssen ausgeschaltet werden, so daß nur der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 den Druckluftstrom von der Luftzufuhr zum Druckluftmotor 204 regelt. Der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 sichert, daß der Bohrmeißel 23 mit einer optimalen Eindringgeschwindigkeit durch die Formation 87 fortschreitet, durch. Halten des Bohrgestänge-Drehmoments auf einem optimalen Niveau. Solange das Bohrgestänge-Drehmoment auf diesem optimalen Niveau bleibt, wird der Bohrmeißel 23 mit einem ausreichenden Bohrwerkzeuggewicht „auf Sohle" liegen, um das Bohrloch 86 durch die Formation 87 zu bohren. Der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 regelt das Bohrgestänge-Drehmoment durch Freigeben des Seils 28 von der Trommel 26 als Reaktion auf Änderungen des Bohrgestänge-Drehmoments. Die Freigabe des Seils 28 senkt das Bohrgestänge 21, um den Bohrmeißel 23 „auf Sohle" zu bringen. Wenn der Bohrmeißel 23 „auf Sohle" ist, erhöht sich das Drehmoment, welches das Bohrgestänge 21 auf den Bohrmeißel ausübt, auf seinen optimalen Wert. Sobald das Bohrgestänge-Drehmoment seinen optimalen Wert erreicht, hält der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 die Freigabe des Seils 28 an, um das Absenken des Bohrgestänges 21 zu beenden.
  • Der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 schließt ein Bourdonrohr 270 ein, das mit dem Bohrgestänge-Drehmoment-Sensor 36 verbunden wird, um Änderungen des Drehmoments des Bohrgestänges 21 zu erfassen und das Ventil 238 entsprechend zu steuern. Der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 schließt außerdem eine Klappe 271, eine Stellschraube 272, eine Platte 273, eine Düse 274, eine Feder 275 und einen Sicherheitsabschaltknopf 276 ein. Die Klappe 271 wird mit einer Gelenkschraube 277 mit einem Ende des Bourdonrohrs 270 verbunden, während die Feder 275 mit der Platte 273 und der Klappe 271 verbunden wird, um eine Rückstellkraft bereitzustellen, welche die Klappe 271 nahe der Düse 274 hält. Die Düse 274 wird auf der Platte 273 angebracht, um als Reaktion auf Änderungen des Bohrgestänge-Drehmoments veränderliche Druckluftmengen von der Luftzufuhr zur Membran 242 des Ventils 238 zu fördern. Die Stellschraube 272 wird mit der Platte 273 verbunden, um die Platte 273 quer zur Klappe 271 um eine Gelenkschraube 278 einzustellen. Das heißt, die Stellschraube 272 schwenkt den Oberteil der Platte 273 in einem Bogen um die Gelenkschraube 278, um die Düse 274 entweder näher oder weiter zur Klappe 271 anzuordnen. Außerdem schließt die Platte 273 einen Gelenkzapfen 279 ein, der den Drehpunkt für die Klappe 271 bereitstellt.
  • Im normalen Betrieb bedient das Bourdonrohr 270 die Klappe 271 als Reaktion auf Änderungen des Bohrgestänge-Drehmoments, um die Druckluftmenge zu verändern, welche die Düse 274 dem Ventil 238 zuführt. Diese veränderliche Druckluftmenge verändert die Öffnung des Ventils 238 und folglich die Kraft, mit der die Druckluft den Druckluftmotor 204 antreibt. Bevor jedoch der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 automatisch das Bohrgestänge-Drehmoment regeln wird, müssen die Düse 274 und die Klappe 271 geeicht werden, um dem Ventil 238 eine durch den Bohrerbediener gewählte Druckluftmenge zuzuführen.
  • Um den Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 zu eichen, so daß er das Bohrgestänge-Drehmoment automatisch regelt, müssen die Bohrgestellbediener zuerst die Bremse 32 manuell bedienen, um den Bohrmeißel 23 „auf Sohle" zu bringen. Sobald sich der Bohrmeißel 23 „auf Sohle" befindet, verbinden die Bohrgestellbediener das Seil 207 mit dem Bremsgriff 208, Danach muß die Stellschraube 272 justiert werden, um die Düse 274 im Verhältnis zur Klappe 271 zu bewegen, so daß sie dem Ventil 238 Druckluft zuführt. Die Zufuhr von Druckluft durch die Düse 274 öffnet das Ventil 238, wodurch das Ingangsetzen des Druckluftmotors 204 ermöglicht wird.
  • Falls die Stellschraube 272 und folglich die Düse 274 unjustiert bleiben, wird der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 kein gleichbleibendes Bohrgestänge-Drehmoment aufrechterhalten. Im einzelnen lenkt die Klappe 271 keine Druckluft in eine Mündung 281 ab, und die gesamte Druckluft, die durch eine Mündung 280 in die Düse 274 fließt, entweicht durch einen Düsenauslaß 282. Die Mündung 281 führt daher keine Druckluft über die Oberseite der Membran 242 zu, was dazu führt, daß das Ventil 238 geschlossen bleibt. Bei geschlossenem Ventil 238 erhält der Druckluftmotor 204 keine Druckluft, was bewirkt, daß die Bremse 32 eingerastet bleibt. Demzufolge gibt die Trommel 26 das Seil 28 nicht frei, was dazu führt, daß sich der Bohrmeißel 23 „über Sohle" hebt. Folglich muß die Düse 274 justiert werden, um dem Druckluftmotor 204 die durch den Bohrgestellbediener gewählte Druckluftmenge zuruführen, so daß das optimale Bohrgestänge-Drehmoment aufrechterhalten wird.
  • Die Stellschraube 272 wird schraubend mit der Platte 273 verbunden, um die Platte 273 und folglich die Düse 274 quer zur Klappe 271 zu justieren. Wenn ein Bohrgestellbediener die Stellschraube 272 anzieht, schwenkt die Platte 273 um die Gelenkschraube 278 von rechts nach links. Das heißt, die Stellschraube 272 schwenkt den Oberteil der Platte 273 in einem Bogen um die Gelenkschraube 278 von rechts nach links, um die Düse 274 näher an der Klappe 271 anzuordnen. Im Ergebnis dessen lenkt die Klappe 271 den Druckluftstrom vom Düsenauslaß 282 in die Mündung 281, welche die Druckluft dem Ventil 238 zuführt. Die Ablenkung der Druckluft in das Ventil 238 treibt die Membran 242 nach unten, um Federn 283 und 284 zusammenzudrücken und das Ventil 238 zu öffnen. Das Lösen der Stellschraube 272 bewegt die Düse 274 von der Klappe 271 weg, um die Ablenkung von Druckluft in das Ventil 238 zu verringern oder zu beseitigen.
  • Das Öffnen des Ventils 238 ermöglicht, daß Druckluft von der Luftzufuhr von einem Hohlraum 285 in einen Hohlraum 286 und aus dem Ventil 238 in das Ventil 239 strömt. Die Druckluft strömt anfangs zum Ventil 238, da die Ventilwähler 232 und 233 die Ventile 236 und 237 offenhalten. Die Druckluft strömt vom Ventil 238 durch das Ventil 239 zum Druckluftmotor 204, da das Ventil 239 zuvor durch den Ventilwähler 235 geöffnet wurde. Die in den Druckluftmotor 204 eintretende Luft setzt denselben in Gang und beginnt ihn zu drehen. Wenn sich der Druckluftmotor 204 dreht, überträgt die Differentialgetriebe-Einheit 205 diese Bewegung zur Seiltrommel 206, die über das Seil 207 den Bremsgriff 208 anzieht, um die Bremskraft zu verringern, welche die Bremse 32 auf die Trommel 26 ausübt. Infolgedessen gibt die Trommel 26 das Seil 28 frei, um mehr Gewicht des Bohrgestänges 21 auf den Bohrmeißel 23 zu bringen, was eine Zunahme der Menge des Drehmoments bewirkt, welches das Bohrgestänge 21 auf den Bohrmeißel 23 ausübt.
  • Ein Bohrgestellbediener zieht die Stellschraube 272 an, um die Freigabe des Bohrgestänges 21 zu bewirken, bis das Drehmoment, welches das Bohrgestänge 21 auf den Bohrmeißel 23 ausübt, sein gewünschtes Niveau erreicht. Das Bohrgestängedrehmoment-Meßgerät 82 (siehe 1) registriert das Bohrgestänge-Drehmoment und zeigt es für den Bohrgestellbediener an. Dementsprechend hört der Bohrgestellbediener auf, die Stellschraube 272 anzuziehen, wenn das Bohrgestängedrehmoment-Meßgerät 82 das gewünschte Bohrgestänge-Drehmoment registriert. Als Alternative dazu registriert ein Pneumatikdruck-Meßgerät 287 den Druck der Druckluft, welche die Düse 274 dem Ventil 238 zuführt, und zeigt denselben an. Folglich hört der Bohrgestellbediener auf, die Stellschraube 272 anzuziehen, wenn das Pneumatikdruck-Meßgerät 287 den gewünschten Druck der Druckluft und folglich das gewünschte Öffnen des Ventils 238 registriert.
  • Wenn die Stellschraube 272 nicht weiter angezogen wird, stabilisiert sich die Menge der Druckluft, die das Ventil 238 dem Druckluftmotor 204 zuführt, auf eine gleichbleibende Menge. Im Ergebnis dessen hält der Druckluftmotor 204 die Bremse 32 mit einer gleichbleibenden Kraft im Eingriff gegen die Trommel 26. Demzufolge wird die Trommel 26 das Seil 28 langsam freigeben, so daß das Bohrgestänge 21 das Bohrgestänge-Drehmoment auf seinem optimalen Niveau halten wird.
  • An diesem Punkt sollte der Bohrmeißel 23 mit der optimalen Eindringgeschwindigkeit durch die Formation 87 fortschreiten. Unglücklicherweise wird sich der Bohrmeißel 23 selbst unter optimalen Bohrbedingungen „über Sohle" heben und es folglich erforderlich machen, daß der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 die Freigabe des Seils 28 von der Trommel 26 nachstellt. Jedes Mal, wenn sich der Bohrmeißel 23 auch nur geringfügig „über Sohle" hebt, nimmt das Drehmoment ab, welches das Bohrgestänge 21 auf dem Bohrmeißel 23 ausübt. Der Bohrgestänge-Drehmoment-Sensor 36 mißt diese Abnahme und gibt ein hydraulisches Signal an das Bourdonrohr 270 ab, das diese Abnahme repräsentiert, falls der in 10 abgebildete Drehmomentsensor benutzt wird. Als Alternative dazu erhält das Bourdonrohr 270 ein pneumatisches Signal, falls der in 11 abgebildete Drehmomentsensor benutzt wird. In jedem Fall bewirkt jede durch das Bourdonrohr 270 registrierte Abnahme des Bohrgestänge-Drehmoments, daß es sich zusammenzieht. Wenn sich das Bourdonrohr 270 zusammenzieht, schiebt es über seine Verbindung mit der Klappe 271 an der Gelenkschraube 277 die Klappe 272 nach links. Wenn sich die Klappe 272 an der Gelenkschraube 277 nach links bewegt, schwenkt ihr Mittelpunkt um den Zapfen 279, um ihr entgegengesetztes Ende zum Düsenauslaß 282 hin zu schieben. Das Schwenken der Klappe 271 zu einer Position näher an der Düse 274 beschränkt den zusätzlichen Druckluftstrom vom Düsenauslaß 282 und leitet diesen Druckluftstrom in die Mündung 281 um. Die Mündung 281 führt die Druckluft der Oberseite der Membran 242 zu, wodurch das Ventil 238 weiter geöffnet wird. Durch das weiter geöffnete Ventil 23S erhält der Druckluftmotor 204 eine zusätzliche Menge Druckluft, welche die Geschwindigkeit erhöht, mit der er sich dreht. Als Reaktion darauf hebt die Seiltrommel 206 den Bremsgriff 208, was bewirkt, daß die Bremse 32 sich weiter von der Trommel 26 ausklinkt. Infolgedessen gibt die Trommel 26 das Seil 28 um eine zusätzliche Strecke frei, wodurch das Bohrgestänge 21 gesenkt wird. Die Trommel 26 senkt das Bohrgestänge 21, bis der Bohrmeißel 23 wieder „auf Sohle" liegt, so daß eine Zunahme des Drehmoments, welches das Bohrgestänge 21 auf den Bohrmeißel 23 ausübt, bewirkt werden kann.
  • Wenn das Bohrgestänge-Drehmoment zu seinem optimalen Wert zurückkehrt, registriert der Bohrgestänge-Drehmoment-Sensor 36 diese Zunahme und leitet dem Bourdonrohr 270 entweder ein hydraulisches oder ein pneumatisches Signal zu, das diese Zunahme repräsentiert. Der zunehmende Hydraulikfluiddruck innerhalb des Bourdonrohrs 270 bewirkt, daß es sich ausdehnt und über seine Verbindung mit der Klappe 271 an der Gelenkschraube 277 die Klappe 271 nach rechts zieht. Durch das Schwenken der Klappe 271 an der Gelenkschraube 277 nach rechts schwenkt ihre Mitte um den Zapfen 279, um ihr entgegengesetztes Ende nach links zu schieben, wodurch es weiter vom Düsenauslaß 282 weg bewegt wird. Im Ergebnis dessen die Mündung 281 weniger Druckluft über den Oberteil der Membran 242 zu, während der Düsenauslaß 282 mehr Druckluft abläßt. Demzufolge schließt sich das Ventil 238 geringfügig, um dem Druckluftmotor 204 weniger Druckluft zuzuführen, was bewirkt, daß sich derselbe langsamer dreht. Als Reaktion darauf gibt die Differentialgetriebe-Einheit 205 die Seiltrommel 206 frei, so daß sich der Bremsgriff 208 senkt. Die Differentialgetriebe-Einheit 205 schließt eine erste, mit der Seiltrommel 206 verbundene, Welle und eine zweite, über einen flexiblen Kabelschacht 91 mit einem Radtrommel-Rotationssensor 90 verbundene, Welle ein. Der Radtrommel-Rotationssensor 90 erfaßt die Rotation der Trommel 26 und überträgt diese Rotation über den flexiblen Kabelschacht 91 auf die zweite Welle der Differentialgetriebe-Einheit 205. Dementsprechend beschleunigt die zweite Welle im Verhältnis zur ersten Welle, wenn sich der Druckluftmotor 204 langsamer dreht als die Trommel 26, was dazu führt, daß die erste Welle noch langsamer wird. Das Langsamerwerden der ersten Welle nimmt die Antriebskraft von der Seiltrommel 206 und ermöglicht folglich, daß sie das Seil 207 abspult, um den Bremshebel 208 zu senken. Mit gesenktem Bremsgriff 208 erhöht die Bremse 32 ihr Bremsen der Trommel 26, was dazu führt, daß sich die Freigabe des Seils 28 auf ihren geeichten Wert verlangsamt.
  • Der Sicherheitsabschaltknopf 276 arbeitet, um zu verhindern, daß der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 das Bohrgestänge 21 entweder während einer Bohrgestellstörung oder unter gefährlichen Bohrbedingungen freigibt. Wie zuvor beschrieben, wird der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 das Bohrgestänge 21 freigeben, wenn er eine Abnahme des Bohrgestänge-Drehmoments erfaßt. Unglücklicherweise sollte nicht jede Abnahme des Bohrgestänge-Drehmoments zu einer Freigabe des Bohrgestänges 21 führen. Wenn zum Beispiel das Bohrgestänge 21 bricht oder der Bohrmeißel 23 in eine Kaverne eindringt, wird das Bohrgestänge-Drehmoment abnehmen, der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 sollte das Bohrgestänge 21 jedoch nicht freigeben. Die Freigabe des Bohrgestänges 21 unter solchen Bedingungen könnte das Bohrgestell 10 beschädigen oder eine Situation, wie beispielsweise ein Eruptionsbohrloch, hervorrufen, in der eine Verletzung der Bohrgestellbediener geschehen könnte.
  • Im Fall einer großen Abnahme des Bohrgestänge-Drehmoments schwenkt der Sicherheitsabschaltknopf 276 die Klappe 271 vom Düsenauslaß 282 weg. Das heißt, unter normalem Betrieb schwenkt das Bourdonrohr 270 die Klappe 271 zur Düse 274 hin, wodurch bewirkt wird, daß die Düse 274 das Ventil 238 weiter öffnet. Falls das Bohrgestänge-Drehmoment jedoch unter ein vom Bediener eingestelltes Minimum fällt, wird das Bourdonrohr 270 die Klappe 271 gegen den Sicherheitsabschaltknopf 276 drücken. Wenn das Bourdonrohr 270 die Klappe 271 gegen den Sicherheitsabschaltknopf 276 drückt, dreht sich die Klappe 271 in einem Bogen nach rechts um die Gelenkschraube 277. Im Ergebnis dessen schwenkt das entgegengesetzte Ende der Klappe 271 vom Düsenauslaß 282 weg, um zu ermöglichen, daß der Düsenauslaß 282 die gesamte der Düse 274 von der Luftzufuhr zugeführte Druckluft abläßt. Dementsprechend führt die Düse 274 dem Ventil 238 keine Druckluft zu, und das Ventil 238 schließt sich. Mit dem geschlossenen Ventil 238 schaltet sich der Druckluftmotor 204 ab, um die Freigabe des Seils 28 von der Trommel 26 anzuhalten, wodurch der Bohrvorgang beendet wird.
  • Wie in 2 gezeigt, kann der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 benutzt werden, um einen Bohrvorgang zu regeln. Im einzelnen mißt der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 Änderungen der Bohrgestänge-Drehzahl, um die Geschwindigkeit zu regeln, mit welcher der Bohrmeißel 23 in die Formation 87 eindringt. Damit der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 den Bohrvorgang steuert, muß der Ventilwähler 235 angeschaltet werden, und die Ventilwähler 232 bis 234 müssen ausgeschaltet werden, so daß nur der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 den Druckluftstrom von der Luftzufuhr zum Druckluftmotor 204 regelt. Der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 sichert, daß der Bohrmeißel 23 mit einer optimalen Eindringgeschwindigkeit durch die Formation 87 fortschreitet, durch Halten der Bohrgestänge-Drehzahl auf einem optimalen Niveau. Solange die Bohrgestänge-Drehzahl auf diesem optimalen Niveau bleibt, wird der Bohrmeißel 23 mit einem ausreichenden Bohrwerkzeuggewicht „auf Sohle" liegen, um das Bohrloch 86 durch die Formation 87 zu bohren. Der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 regelt die Bohrgestänge-Drehzahl durch Freigeben des Seils 28 von der Trommel 26 als Reaktion auf Änderungen der Bohrgestänge-Drehzahl. Die Freigabe des Seils 28 senkt das Bohrgestänge 21, um den Bohrmeißel 23 „auf Sohle" zu bringen. Wenn der Bohrmeißel 23 „auf Sohle" ist, nimmt die Bohrgestänge-Drehzahl auf ihren optimalen Wert ab. Sobald die Drehzahl des Bohrgestänges 21 ihren optimalen Wert erreicht, hält der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 die Freigabe des Seils 28 an, um das Absenken des Bohrgestänges 21 zu beenden.
  • Der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 schließt ein Bourdonrohr 290 ein, das mit dem Bohrgestänge-Drehzahl-Sensor 37 verbunden wird, um Änderungen der Drehzahl des Bohrgestänges 21 zu erfassen und das Ventil 239 entsprechend zu steuern. Der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 schließt außerdem eine Klappe 291, eine Stellschraube 292, eine Platte 293, eine Düse 294, eine Feder 295 und einen Sicherheitsabschaltknopf 296 ein. Die Klappe 291 wird mit einer Gelenkschraube 297 mit einem Ende des Bourdonrohrs 290 verbunden, während die Feder 295 mit der Platte 293 und der Klappe 291 verbunden wird, um eine Rückstellkraft bereitzustellen, welche die Klappe 291 nahe der Düse 294 hält. Die Düse 294 wird auf der Platte 293 angebracht, um als Reaktion auf Änderungen der Bohrgestänge-Drehzahl veränderliche Druckluftmengen von der Luftzufuhr zur Membran 243 des Ventils 239 zu fördern. Die Stellschraube 292 wird mit der Platte 293 verbunden, um die Platte 293 quer zur Klappe 291 um eine Gelenkschraube 298 einzustellen. Das heilst, die Stellschraube 292 schwenkt den Oberteil der Platte 293 in einem Bogen um die Gelenkschraube 298, um die Düse 294 entweder näher oder weiter zur Klappe 291 anzuordnen. Außerdem schließt die Platte 293 einen Gelenkzapfen 299 ein, der den Drehpunkt für die Klappe 291 bereitstellt.
  • Im normalen Betrieb bedient das Bourdonrohr 290 die Klappe 291 als Reaktion auf Änderungen der Bohrgestänge-Drehzahl, um die Druckluftmenge zu verändern, welche die Düse 294 dem Ventil 239 zuführt. Diese veränderliche Druckluftmenge verändert die Öffnung des Ventils 239 und folglich die Kraft, mit der die Druckluft den Druckluftmotor 204 antreibt. Bevor jedoch der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 automatisch die Bohrgestänge-Drehzahl regeln wird, müssen die Düse 294 und die Klappe 291 geeicht werden, um dem Ventil 239 eine durch den Bohrerbediener gewählte Druckluftmenge zuzuführen.
  • Um den Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 zu eichen, so daß er die Bohrgestänge-Drehzahl automatisch regelt, müssen die Bohrgestellbediener zuerst die Bremse 32 manuell bedienen, um den Bohrmeißel 23 „auf Sohle" zu bringen. Sobald sich der Bohrmeißel 23 „auf Sohle" befindet, verbinden die Bohrgestellbediener das Seil 207 mit dem Bremsgriff 208. Danach muß die Stellschraube 292 justiert werden, um die Düse 294 im Verhältnis zur Klappe 291 zu bewegen, so daß sie dem Ventil 239 Druckluft zuführt. Die Zufuhr von Druckluft durch die Düse 294 öffnet das Ventil 239, wodurch das Ingangsetzen des Druckluftmotors 204 ermöglicht wird.
  • Falls die Stellschraube 292 und folglich die Düse 294 unjustiert bleiben, wird der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 keine gleichbleibende Bohrgestänge-Drehzahl aufrechterhalten. Im einzelnen lenkt die Klappe 291 keine Druckluft in eine Mündung 301 ab, und die gesamte Druckluft, die durch eine Mündung 300 in die Düse 294 fließt, entweicht durch einen Düsenauslaß 302. Die Mündung 301 führt daher keine Druckluft über die Oberseite der Membran 243 zu, was dazu führt, daß das Ventil 239 geschlossen bleibt. Bei geschlossenem Ventil 239 erhält der Druckluftmotor 204 keine Druckluft, was bewirkt, daß die Bremse 32 eingerastet bleibt. Demzufolge gibt die Trommel 26 das Seil 28 nicht frei, was dazu führt, daß sich der Bohrmeißel 23 „über Sohle" hebt. Folglich muß die Düse 294 justiert werden, um dem Druckluftmotor 204 die durch den Bohrgestellbediener gewählte Druckluftmenge zuzuführen, so daß die optimale Bohrgestänge-Drehzahl aufrechterhalten wird.
  • Die Stellschraube 292 wird schraubend mit der Platte 293 verbunden, um die Platte 293 und folglich die Düse 294 quer zur Klappe 291 zu justieren. Wenn ein Bohrgestellbediener die Stellschraube 292 löst, schwenkt die Platte 293 um die Gelenkschraube 298 von links nach rechts. Das heißt, die Stellschraube 292 schwenkt den Oberteil der Platte 293 in einem Bogen um die Gelenkschraube 298 von links nach rechts, um die Düse 294 näher an der Klappe 291 anzuordnen. Im Ergebnis dessen lenkt die Klappe 291 den Druckluftstrom vom Düsenauslaß 302 in die Mündung 301, welche die Druckluft dem Ventil 239 zuführt. Die Ablenkung der Druckluft in das Ventil 239 treibt die Membran 243 nach unten, um Federn 303 und 304 zusammenzudrücken und das Ventil 239 zu öffnen. Das Anziehen der Stellschraube 292 bewegt die Düse 294 von der Klappe 291 weg, um die Ablenkung von Druckluft in das Ventil 239 zu verringern oder zu beseitigen.
  • Das Öffnen des Ventils 239 ermöglicht, daß Druckluft von der Luftzufuhr von einem Hohlraum 305 in einen Hohlraum 306 und aus dem Ventil 239 in den Druckluftmotor 204 strömt. Die Druckluft strömt anfangs zum Ventil 239, da die Ventilwähler 232 bis 234 die Ventile 236 bis 238 offenhalten. Die in den Druckluftmotor 204 eintretende Luft setzt denselben in Gang und beginnt ihn zu drehen. Wenn sich der Druckluftmotor 204 dreht, überträgt die Differentialgetriebe-Einheit 205 diese Bewegung zur Seiltrommel 206, die über das Seil 207 den Bremsgriff 208 anzieht, um die Bremskraft zu verringern, welche die Bremse 32 auf die Trommel 26 ausübt. Infolgedessen gibt die Trommel 26 das Seil 28 frei, um mehr Gewicht des Bohrgestänges 21 auf den Bohrmeißel 23 zu bringen, was eine Abnahme der Drehzahl des Bohrgestänges 21 bewirkt.
  • Ein Bohrgestellbediener löst die Stellschraube 292, um die Freigabe des Bohrgestänges 21 zu bewirken, bis die Drehzahl des Bohrgestänges 21 ihr gewünschtes Niveau erreicht. Das Bohrgestängedrehzahl-Meßgerät 83 (siehe 1) registriert die Bohrgestänge-Drehzahl und zeigt sie für den Bohrgestellbediener an. Dementsprechend hört der Bohrgestellbediener auf, die Stellschraube 292 zu lösen, wenn das Bohrgestängedrehzahl-Meßgerät 83 die gewünschte Bohrgestänge-Drehzahl registriert. Als Alternative dazu registriert ein Pneumatikdruck-Meßgerät 287 den Druck der Druckluft, welche die Düse 294 dem Ventil 239 zuführt, und zeigt denselben an. Folglich hört der Bohrgestellbediener auf, die Stellschraube 292 zu lösen, wenn das Pneumatikdruck-Meßgerät 287 den gewünschten Druck der Druckluft und folglich das gewünschte Öffnen des Ventils 239 registriert.
  • Wenn die Stellschraube 292 nicht weiter gelöst wird, stabilisiert sich die Menge der Druckluft, die das Ventil 239 dem Druckluftmotor 204 zuführt, auf eine gleichbleibende Menge. Im Ergebnis dessen hält der Druckluftmotor 204 die Bremse 32 mit einer gleichbleibenden Kraft im Eingriff gegen die Trommel 26. Demzufolge wird die Trommel 26 das Seil 28 langsam freigeben, so daß die Drehzahl des Bohrgestänges 21 ihr optimales Niveau halten wird.
  • An diesem Punkt sollte der Bohrmeißel 23 mit der optimalen Eindringgeschwindigkeit durch die Formation 87 fortschreiten. Unglücklicherweise wird sich der Bohrmeißel 23 selbst unter optimalen Bohrbedingungen „über Sohle" heben und es folglich erforderlich machen, daß der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 die Freigabe des Seils 28 von der Trommel 26 nachstellt. Jedes Mal, wenn sich der Bohrmeißel 23 auch nur geringfügig „über Sohle" hebt, nimmt die Drehzahl des Bohrgestänges 21 zu. Der Bohrgestänge-Drehzahl-Sensor 37 mißt diese Zunahme und gibt ein hydraulisches Signal an das Bourdonrohr 290 ab, das diese Zunahme repräsentiert. Jede durch das Bourdonrohr 290 registrierte Zunahme der Bohrgestänge-Drehzahl bewirkt, daß es sich ausdehnt. Wenn sich das Bourdonrohr 290 ausdehnt, zieht es über seine Verbindung mit der Klappe 291 an der Gelenkschraube 297 die Klappe 291 nach rechts. Wenn sich die Klappe 291 an der Gelenkschraube 297 nach rechts bewegt, schwenkt ihr Mittelpunkt um den Zapfen 299, um ihr entgegengesetztes Ende zum Düsenauslaß 302 hin zu schieben. Das Schwenken der Klappe 241 zu einer Position näher an der Düse 294 beschränkt den zusätzlichen Druckluftstrom vom Düsenauslaß 302 und leitet diesen Druckluftstrom in die Mündung 301 um. Die Mündung 301 führt die Druckluft der Oberseite der Membran 243 zu, wodurch das Ventil 239 weiter geöffnet wird. Durch das weiter geöffnete Ventil 239 erhält der Druckluftmotor 204 eine zusätzliche Menge Druckluft, welche die Geschwindigkeit erhöht, mit der er sich dreht. Als Reaktion darauf hebt die Seiltrommel 206 den Bremsgriff 208, was bewirkt, daß die Bremse 32 sich weiter von der Trommel 26 ausklinkt. Infolgedessen gibt die Trommel 26 das Seil 28 um eine zusätzliche Strecke frei, wodurch das Bohrgestänge 2I gesenkt wird. Die Trommel 26 senkt das Bohrgestänge 21, bis der Bohrmeißel 23 wieder „auf Sohle" liegt, so daß eine Abnahme der Drehzahl des Bohrgestänges 21 bewirkt werden kann.
  • Wenn die Bohrgestänge-Drehzahl zu seinem optimalen Wert zurückkehrt, registriert der Bohrgestänge-Drehzahl-Sensor 37 diese Abnahme und leitet dem Bourdonrohr 290 ein pneumatisches Signal zu, das diese Abnahme repräsentiert. Der abnehmende Hydraulikfluiddruck innerhalb des Bourdonrohrs 290 bewirkt, daß es sich zusammenzieht und über seine Verbindung mit der Klappe 291 an der Gelenkschraube 297 die Klappe 291 nach links schiebt. Durch das Schwenken der Klappe 291 an der Gelenkschraube 297 nach links schwenkt ihre Mitte um den Zapfen 299, um ihr entgegengesetztes Ende nach rechts zu schieben, wodurch es weiter vom Düsenauslaß 302 weg bewegt wird. Im Ergebnis dessen führt die Mündung 301 weniger Druckluft über den Oberteil der Membran 243 zu, während der Düsenauslaß 302 mehr Druckluft abläßt. Demzufolge schließt sich das Ventil 239 geringfügig, um dem Druckluftmotor 204 weniger Druckluft zuzuführen, was bewirkt, daß sich derselbe langsamer dreht. Als Reaktion darauf gibt die Differentialgetriebe-Einheit 205 die Seiltrommel 206 frei, so daß sich der Bremsgriff 208 senkt. Die Differentialgetriebe-Einheit 205 schließt eine erste, mit der Seiltrommel 206 verbundene, Welle und eine zweite, über einen flexiblen Kabelschacht 91 mit einem Radtrommel-Rotationssensor 90 verbundene, Welle ein. Der Radtrommel-Rotationssensor 90 erfaßt die Rotation der Trommel 26 und überträgt diese Rotation über den flexiblen Kabelschacht 91 auf die zweite Welle der Differentialgetriebe-Einheit 205. Dementsprechend beschleunigt die zweite Welle im Verhältnis zur ersten Welle, wenn sich der Druckluftmotor 204 langsamer dreht als die Trommel 26, was dazu führt, daß die erste Welle noch langsamer wird. Das Langsamerwerden der ersten Welle nimmt die Antriebskraft von der Seiltrommel 206 und ermöglicht folglich, daß sie das Seil 207 abspult, um den Bremshebel 208 zu senken. Mit gesenktem Bremsgriff 208 erhöht die Bremse 32 ihr Bremsen der Trommel 26, was dazu führt, daß sich die Freigabe des Seils 28 auf ihren geeichten Wert verlangsamt.
  • Der Sicherheitsabschaltknopf 296 arbeitet, um zu verhindern, daß der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 das Bohrgestänge 21 entweder während einer Bohrgestellstörung oder unter gefährlichen Bohrbedingungen freigibt. Wie zuvor beschrieben, wird der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 das Bohrgestänge 21 freigeben, wenn er eine Zunahme der Bohrgestänge-Drehzahl erfaßt. Unglücklicherweise sollte nicht jede Zunahme der Bohrgestänge-Drehzahl zu einer Freigabe des Bohrgestänges 21 führen. Wenn zum Beispiel das Bohrgestänge 21 bricht oder der Bohrmeißel 23 in eine Kaverne eindringt, wird die Bohrgestänge-Drehzahl zunehmen, der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 sollte das Bohrgestänge 21 jedoch nicht freigeben. Die Freigabe des Bohrgestänges 21 unter solchen Bedingungen könnte das Bohrgestell 10 beschädigen oder eine Situation, wie beispielsweise ein Eruptionsbohrloch, hervorrufen, in der eine Verletzung der Bohrgestellbediener geschehen könnte.
  • Im Fall einer großen Zunahme der Bohrgestänge-Drehzahl schwenkt der Sicherheitsabschaltknopf 296 die Klappe 291 vom Düsenauslaß 302 weg. Das heißt, unter normalem Betrieb schwenkt das Bourdonrohr 290 die Klappe 291 zur Düse 294 hin, wodurch bewirkt wird, daß die Düse 294 das Ventil 239 weiter öffnet. Falls die Bohrgestänge-Drehzahl jedoch über ein vom Bediener eingestelltes Maximum steigt, wird das Bourdonrohr 290 die Klappe 291 gegen den Sicherheitsabschaltknopf 296 drücken. Wenn das Bourdonrohr 290 die Klappe 291 gegen den Sicherheitsabschaltknopf 296 drückt, dreht sich die Klappe 291 in einem Bogen nach links um die Gelenkschraube 297. Im Ergebnis dessen schwenkt das entgegengesetzte Ende der Klappe 291 vom Düsenauslaß 302 weg, um zu ermöglichen, daß der Düsenauslaß 302 die gesamte der Düse 294 von der Luftzufuhr zugeführte Druckluft abläßt. Dementsprechend führt die Düse 294 dem Venatil 239 keine Druckluft zu, und das Ventil 239 schließt sich.
  • Mit dem geschlossenen Ventil 239 schaltet sich der Druckluftmotor 204 ab, um die Freigabe des Seils 28 von der Trommel 26 anzuhalten, wodurch der Bohrvorgang beendet wird.
  • Obwohl der Betrieb jedes der Regler 200 bis 203 zum Steuern eines Bohrvorgangs einzeln beschrieben wurde, können die Regler 200 bis 203 in jeder Kombination, einschließlich aller derselben, angeschaltet werden, um die Geschwindigkeit zu regeln, mit welcher der Bohrmeißel 23 in die Formation 87 eindringt. Wenn jedoch mehr als einer der Regler 200 bis 203 benutzt wird, um einen Bohrvorgang zu steuern, wird ein Regler justiert, um einen gewünschten Bohrparameter aufrechtzuerhalten, während die restlichen Regler als Sekundärsteuerung arbeiten.
  • Zur Veranschaulichung könnten der Bohrfluiddruck-Regler 200 und der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 angeschaltet werden, während der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 und der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 abgeschaltet werden könnten. Das heißt, die Ventilwähler 234 und 235 werden abgeschaltet, um die Ventile 238 und 239 offenzuhalten, wodurch der Bohrgestängedrehmoment-Regler 202 und der Bohrgestängedrehzahl-Regler 203 abgeschaltet bleiben, während die Ventilwähler 232 und 233 angeschaltet werden, um zu ermöglichen, daß der Bohrfluiddruck-Regler 200 und der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 ihre jeweiligen Ventile 236 und 237 steuern.
  • Bei der obigen Steuerungskonfiguration könnte der Bohrfluiddruck-Regler 200 justiert werden, um einen durch den Bediener gewählten Bohrfluiddruck innerhalb des Bohrgestänges 21 aufrechtzuerhalten. Zusätzlich würde danach der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 auf einen Wert des Bohrwerkzeuggewichts justiert werden, höher als das erforderliche Bohrwerkzeuggewicht, um den durch den Bediener gewählten Bohrfluiddruck aufrechtzuerhalten. Im Ergebnis dessen würde der Bohrfluiddruck-Regler 200 die Hauptsteuerung des Bohrvorgangs bereitstellen, während der Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201 eine Sekundärsteuerung bereitstellen würde im Fall, daß das Bohrwerkzeuggewicht ohne eine entsprechende Abnahme des Bohrfluiddrucks beträchtlich abnähme.
  • 9 illustriert ein Warn- und Abschaltsystem für niedrigen Fluidstand, das mit dem in 8 abgebildeten Bohrseilanker-Gewichtskontrollmesser benutzt wird. Wie zuvor beschrieben, setzt der Bohrseilanker-Gewichtskontrollmesser 145 den Arm 147 ein, um einen Druck gegen die Membran 148 auszuüben und folglich die Membran 148 zusammenzudrücken, um eine Kraft gegen das Hydraulikfluid innerhalb der Membran 148 auszuüben. Unglücklicherweise führt der konstante Druck, den die Membran 148 erfährt, zu ihrer Beschädigung bis zu dem Punkt, an dem Hydraulikfluid von ihr ausläuft. Mit ungenügendem Fluid gibt der Bohrseilanker-Gewichtskontrollmesser 145 einen Wert des Bohrwerkzeuggewichts aus, der geringer ist als das tatsächliche Bohrwerkzeuggewicht. Dementsprechend würde der Bohrautomat 33, wenn er das Bohrwerkzeuggewicht nutzen würde, um den Bohrvorgang zu steuern, ein Signal für niedriges Bohrwerkzeuggewicht empfangen und das Bohrseil freigeben, selbst wenn schon ein ausreichendes Bohrwerkzeuggewicht vorhanden wäre. Demzufolge wird das Bohrwerkzeug über annehmbare Niveaus steigen, was bestenfalls zu einem ineffizienten Bohrvorgang und schlimmstenfalls zu einer Bohrgestellstörung führt, die Ausrüstung zerstört oder möglicherweise Verletzungen des Bohrgestellbedieners verursacht.
  • Um anzuzeigen, wenn die Membran 148 Fluid verliert, wird das Warn- und Abschaltsystem für niedrigen Fluidstand 400 auf der Membran 148 angebracht. Platten 401 und 402 werden unter Verwendung eines geeigneten Mittels, wie beispielsweise Schrauben oder Schweißen auf der Membran 148 angebracht, um eine Basis für ein Luftventil 403 bereitzustellen. Das Warn- und Abschaltsystem für niedrigen Fluidstand 400 schließt ein Ventil 404 ein, das als ein Relais arbeitet. Die Luftzufuhr (nicht gezeigt) wird mit dem Ventil 404 verbunden, das wiederum mit dem Luftstromregler 212, den Ventilwählern 232 bis 236 und den Düsen 216, 254, 274 und 294 verbunden wird. Das Ventil 404 wird außerdem mit dem Luftventil 403 verbunden, das im Fall eines Verlustes an Hydraulikfluid aus der Membran 148 eine Membran 405 des Ventils 404 steuert. Während des normalen Betriebs bleibt das Ventil 404 offen, um Druckluft zum Bohrautomaten 33 durchfließen zu lassen, wodurch ein normaler Betrieb des Bohrautomaten 33, wie oben beschrieben, ermöglicht wird.
  • Falls jedoch das Luftventil 403 einen Verlust an Hydraulikfluid aus der Membran 148 erfaßt, wird es das Ventil 404 schließen, um den Bohrautomaten 33 abzuschalten. Das Luftventil 403 schließt einen justierbaren Arm 406 ein, der als der Sensor dient, um einen niedrigen Fluidstand in der Membran 148 zu erfassen. Das Luftventil 403 erhält an einer Öffnung 407 Druckluft von der Luftzufuhr. Falls es keinen Fluidverlust gibt, entweicht diese Druckluft durch eine Öffnung (nicht gezeigt) in die Atmosphäre. Falls jedoch ein Fluidverlust auftritt, drücken die Platten 401 und 402 den Arm 406 so zusammen, daß er die Entlüftungsöffnung blockiert, um die Druckluft aus einer Öffnung 408 zu überbrücken. Die Öffnung 408 führt dem Ventil 404 die Druckluft zu, um die Membran 405 und folglich das Ventil 404 zu schließen. Mit dem geschlossenen Ventil 404 erhält der Bohrautomat 33 keine Druckluft und schaltet sich ab, um den Bohrvorgang anzuhalten. Außerdem führt die Öffnung 408 die Druckluft einem Drucklufthorn zu, das die Bohrgestellbediener auf den niedrigen Fluidstand in der Membran 148 des Bohrseilanker-Gewichtskontrollmessers 145 hinweist.
  • 14 illustriert ein zweites Ausführungsbeispiel des Bohrautomaten der vorliegenden Erfindung, konfiguriert, um ein Rohrschlangen-Bohrgestell zu steuern. Das Rohrschlangen-Bohrgestell 500 schließt nur einen Spülmotor 501 zum Antreiben eines Bohrmeißels 502 ein. Demzufolge dreht sich ein Bohrgestänge 503 nicht, und folglich wird die Notwendigkeit eines Bohrgestängedrehmoment-Reglers und eines Bohrgestängedrehzahl-Reglers beseitigt. Beim Rohrschlangen-Bohrgestell 500 ist das Bohrgestänge 503 ein flexibles Stahlrohr, gewunden um eine Wickeltrommel 504. Das Rohrschlangen-Bohrgestell 500 schließt hydraulisch angetriebene Motoren 505, 506, 510 und 511 ein, die das Bohrgestänge 503 von der Wickeltrommel 504 in ein Bohrloch 507 abwickeln. Eine Kette 508 koppelt die Motoren 505 und eine Kette 512 koppelt die Motoren 510 und 511 aneinander, so daß die Motoren im Gleichklang arbeiten, um das Bohrgestänge 503 in das Bohrloch 507 zu schieben. Im einzelnen führt eine hydraulische Energiequelle (nicht gezeigt) den Motoren 505, 506, 510 und 511 unter der Steuerung eines Hydraulikventils 509 Hydraulikfluid zu. Wenn sich die Motoren 505, 506, 510 und 511 drehen, greifen die Ketten 508 und 512 mit dem Bohrgestänge 503 ineinander, um es in das Bohrloch 507 abzusenken. Als Alternative; dazu können die Motoren 505, 506, 510 und 511 in der entgegengesetzten Richtung angetrieben werden, um das Bohrgestänge 503 aus dem Bohrloch 507 zu ziehen und es wieder auf die Wickeltrommel 504 zu wickeln. Schließlich schließt das Rohrschlangen-Bohrgestell 500 eine Bohrfluidpumpe (nicht gezeigt) ein, die das Bohrfluid fördert, das zum Antreiben des Spülmotors 501 notwendig ist.
  • Ein Bohrautomat 520 wird mit einem Bohrfluiddruck-Sensor 521 und einem Bohrwerkzeuggewicht-Sensor 522 verbunden, um Signale zu empfangen, die den Bohrfluiddruck und das Bohrwerkzeuggewicht repräsentieren. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel kann der Bohrfluiddruck- Sensor 521 entweder der in 4 abgebildete Sensor oder der in 5 abgebildete Sensor sein, während der Bohrwerkzeuggewicht-Sensor 522 eine hydraulische Martin-Decker-Meßdose sein kann. Als Alternative dazu könnte ein Druckgeber die hydraulische Martin-Decker-Meßdose ersetzen. In einem solchen Fall würde die elektrische Ausgabe des Meßwandlers in einen elektro-pneumatischen Meßwandler eingegeben, so daß dem Bohrautomaten 520 ein pneumatisches Signal zugeleitet würde, welches das Bohrwerkzeuggewicht repräsentiert.
  • Der Bohrautomat 520 schließt einen Bohrfluiddruck-Regler (nicht gezeigt) ein, der sowohl in der Konstruktion als auch im Betrieb identisch ist mit dem in 3 abgebildeten Bohrfluiddruck-Regler 200. Zusätzlich schließt der Bohrautomat 520, falls die hydraulische Martin-Decker-Meßdose verwendet wird, um das Bohrwerkzeuggewicht zu messen, einen Bohrwerkzeuggewicht-Regler (nicht gezeigt) ein, der sowohl in der Konstruktion als auch im Betrieb identisch ist mit dem in 2 abgebildeten Bohrwerkzeuggewicht-Regler 201. Falls jedoch der Druckgeber verwendet wird, um das Bohrwerkzeuggewicht zu bestimmen, schließt der Bohrautomat 520 einen Bohrwerkzeuggewicht-Regler ein, der ein pneumatische Bourdonrohr einsetzt. Dennoch ist das pneumatische Ausgangssignal von jedem durch den Bohrautomaten 520 benutzten Bohrwerkzeuggewicht-Regler identisch mit dem pneumatischen Ausgangssignal des Bohrwerkzeuggewicht-Reglers 201.
  • Der Bohrfluidregler des Bohrautomaten 520 empfängt das hydraulische Signal, das den Bohrfluiddruck repräsentiert, vom Bohrfluiddruck-Sensor 521 und wandelt alle Änderungen des Bohrfluiddrucks in ein pneumatisches Signal um, das diese Änderungen repräsentiert. Der Bohrfluiddruck-Regler gibt sein pneumatisches Signal an ein Ventil 523 ab, um eine Membran 524 und folglich das Öffnen des Ventils 523 zu regeln. Ähnlich empfängt der Bohrwerkzeuggewicht-Regler des Bohrautomaten 520 das hydraulische oder pneumatische Signal, welches das Bohrwerkzeuggewicht repräsentiert, vom Bohrwerkzeuggewicht-Sensor 522 und wandelt alle Änderungen des Bohrwerkzeuggewichts in ein pneumatisches Signal um, das diese Änderungen repräsentiert. Danach gibt der Bohrwerkzeuggewicht-Regler sein pneumatisches Signal an ein Ventil 525 ab, um eine Membran 526 und folglich das Öffnen des Ventils 525 zu regeln.
  • Der Bohrautomat 520 schließt außerdem Ventilwähler 527 und 528 ein, die sowohl in der Konstruktion als auch im Betrieb identisch sind mit den in 2 abgebildeten Ventilwählern 232 bis 235. Das heißt, die Ventilwähler 527 und 528 ermöglichen dem Bediener des Bohrautomaten 520, zu wählen, welcher Regler den Bohrvorgang steuern wird oder ob beide Regler den Bohrvorgang gleichzeitig steuern sollen. Außerdem werden, wie beim Bohrautomaten 33, der Bohrwerkzeuggewicht-Regler, der Bohrfluiddruck-Regler, der Ventilwähler 527 und der Ventilwähler 528 mit einer Luftzufuhr verbunden, um den entsprechenden Ventilen 523 und 525 Druckluft zuzuführen.
  • Die Ventile 523 und 525 sind ähnlich den Ventilen 236 bis 239 des Bohrautomaten 33, außer daß sie pneumatisch betätigte Hydraulikventile sind, die benutzt werden, um den Motoren 505, 506, 510 und 511 Hydraulikfluid zuzuführen, statt Pneumatikventile, die dem Druckluftmotor 204 Druckluft zuführen. Folglich führen die Ventile 523 und 525, wenn sie offen sind, von der hydraulischen Energiequelle Hydraulikfluid zu, um die Motoren 505, 506, 510 und 511 anzutreiben und folglich das Bohrgestänge 503 in das Bohrloch 507 abzusenken.
  • Der Bohrautomat 520 arbeitet, um die Notwendigkeit manueller Steuerung der Motoren 505, 506, 510 und 511 über das Hydraulikventil 504 zu beseitigen. Das heißt, falls der Bohrfluiddruck benutzt werden soll, um den Bohrvorgang zu steuern, öffnet der Ventilwähler 528 das Ventil 525, und ein Bohrgestellbediener justiert den Bohrfluiddruck-Regler, um den Bohrmeißel 502 „auf Sohle" zu halten. Im einzelnen justiert der Bohrgestellbediener, sobald der Bohrmeißel 502 „auf Sohle" liegt, die Stellschraube des Bohrfluiddruck-Reglers, um das Ventil 523 zu öffnen, so daß die hydraulische Energiequelle den Motoren 505, 506, 510 und 511 Hydraulikfluid zuführt. Demzufolge drehen sich die Motoren 505, 506, 510 und 511, um zusätzliches Gewicht des Bohrgestänges 503 auf den Bohrmeißel 502 zu bringen, was zu einer Zunahme des Bohrfluiddrucks innerhalb des Bohrgestänges 503 führt. Der Bohrgestellbediener justiert die Stellschraube des Bohrfluiddruck-Reglers weiter, bis der Bohrfluiddruck seinen optimalen Wert erreicht. Nachdem der optimale Bohrfluiddruck erreicht ist, endet das Justieren der Stellschraube.
  • An diesem Punkt wird die hydraulische Energiequelle den Motoren 505, 506, 510 und 511 ausreichend Hydraulikfluid zuführen, so daß sie das Bohrgestänge 503 schieben, um den Bohrmeißel 502 mit dem optimalen Bohrfluiddruck „auf Sohle" zu halten. Jedoch wird sich der Bohrmeißel 502 immer während irgend eines Punktes beim Bohren des Bohrlochs 507 „über Sohle" heben. Wenn dies geschieht, wird der Bohrfluiddruck-Regler die Abnahme des Bohrfluiddrucks registrieren und das Ventil 523 weiter öffnen, so daß die hydraulische Energiequelle den Motoren 505, 506, 510 und 511 zusätzliches Hydraulikfluid zuführen wird. Im Ergebnis dessen werden die Motoren 505, 506, 510 und 511 das Bohrgestänge 503 weiter in das Bohrloch 507 schieben, um dem Bohrmeißel 502 wieder mit dem passenden Bohrfluiddruck „auf Sohle" zu bringen. Sobald der Bohrfluiddruck auf seinen geeichten Wert zurückkehrt, wird der Bohrfluiddruck-Regler das Ventil 523 geringfügig schließen, um den Bohrmeißel 502 mit dem optimalen Bohrfluiddruck innerhalb des Bohrgestänges 503 „auf Sohle" zu halten.
  • Als Alternative dazu öffnet, falls das Bohrwerkzeuggewicht benutzt werden soll, um den Bohrvorgang zu steuern, der Ventilwähler 527 das Ventil 523, und ein Bohrgestellbediener justiert den Bohrwerkzeuggewicht-Regler, um den Bohrmeißel 502 „auf Sohle" zu halten. Im einzelnen justiert der Bohrgestellbediener, sobald der Bohrmeißel 502 „auf Sohle" liegt, die Stellschraube des Bohrwerkzeuggewicht-Reglers, um das Ventil 525 zu öffnen, so daß die hydraulische Energiequelle den Motoren 505, 506, 510 und 511 Hydraulikfluid zuführt. Demzufolge drehen sich die Motoren 505, 506, 510 und 511, um zusätzliches Gewicht des Bohrgestänges 503 auf den Bohrmeißel 502 zu bringen. Der Bohrgestellbediener justiert die Stellschraube des Bohrwerkzeuggewicht-Reglers weiter, bis das Gewicht, welches das Bohrgestänge 503 auf den Bohrmeißel 502 bringt, seinen optimalen Wert erreicht. Nachdem das optimale Bohrwerkzeuggewicht erreicht ist, endet das Justieren der Stellschraube.
  • An diesem Punkt wird die hydraulische Energiequelle den Motoren 505, 506, 510 und 511 ausreichend Hydraulikfluid zuführen, so daß sie das Bohrgestänge 503 schieben, um den Bohrmeißel 502 mit einem ausreichenden Bohrwerkzeuggewicht „auf Sohle" zu halten. Jedoch wird sich der Bohrmeißel 502 immer während irgend eines Punktes beim Bohren des Bohrlochs 507 „über Sohle" heben. Wenn dies geschieht, wird der Bohrwerkzeuggewicht-Regler die Abnahme des Bohrwerkzeuggewichts registrieren und das Ventil 525 weiter öffnen, so daß die hydraulische Energiequelle den Motoren 505, 506, 510 und 511 zusätzliches Hydraulikfluid zuführen wird. Im Ergebnis dessen werden die Motoren 505, 506, 510 und 511 das Bohrgestänge 503 weiter in das Bohrloch 507 schieben, um dem Bohrmeißel 502 wieder mit dem passenden Bohrwerkzeuggewicht „auf Sohle" zu bringen. Sobald das Bohrwerkzeuggewicht auf seinen geeichten Wert zurückkehrt, wird der Bohrwerkzeuggewicht-Regler das Ventil 525 geringfügig schließen, um den Bohrmeißel 502 „auf Sohle" zu halten, wobei das Bohrgestänge 503 das optimale Bohrwerkzeuggewicht auf den Bohrmeißel 502 ausübt.
  • Obwohl der Betrieb des Bohrfluiddruck-Reglers und des Bohrwerkzeuggewicht-Reglers zum Steuern eines Bohrvorgangs einzeln beschrieben wurde, können beide Regler angeschaltet werden, um die Geschwindigkeit zu regeln, mit welcher der Bohrmeißel 502 in die Formation eindringt. Wenn jedoch beide Regler benutzt werden, um einen Bohrvorgang zu steuern, wird ein Regler justiert, um den gewünschten Bohrparameter aufrechtzuerhalten, während der andere Regler als eine Sekundärsteuerung arbeitet.
  • Im einzelnen werden, wenn sowohl der Bohrfluiddruck-Regler als auch der Bohrwerkzeuggewicht-Regler den Bohrvorgang steuern sollen, die Ventilwähler 527 und 528 angeschaltet, um zu ermöglichen, daß der Bohrfluiddruck-Regler und der Bohrwerkzeuggewicht-Regler ihre jeweiligen Ventile 523 und 525 steuern. Bei der obigen Steuerungskonfiguration könnte der Bohrfluiddruck-Regler justiert werden, um einen durch den Bediener gewählten Bohrfluiddruck innerhalb des Bohrgestänges 503 aufrechtzuerhalten. Zusätzlich würde danach der Bohrwerkzeuggewicht-Regler auf einen Wert des Bohrwerkzeuggewichts justiert werden, höher als das erforderliche Bohrwerkzeuggewicht, um den durch den Bediener gewählten Bohrfluiddruck aufrechtzuerhalten. Im Ergebnis dessen würde der Bohrfluiddruck-Regler die Hauptsteuerung des Bohrvorgangs bereitstellen, während der Bohrwerkzeuggewicht-Regler eine Sekundärsteuerung bereitstellen würde im Fall, daß das Bohrwerkzeuggewicht ohne eine entsprechende Abnahme des Bohrfluiddrucks beträchtlich abnähme.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, hat diese Beschreibung nur als Beispiel gedient und, wie Fachleuten mit normalen Kenntnissen auf dem Gebiet offensichtlich sein wird, werden viele Alternativen, Entsprechungen und Veränderungen unterschiedlichen Grades in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen. Dieser Rahmen soll dementsprechend durch die vorstehende Beschreibung in keiner Hinsicht eingeschränkt werden, sondern soll statt dessen nur durch die folgenden Ansprüche definiert werden.

Claims (14)

  1. Automatische Bohrvorrichtung zum automatischen Regeln der Freigabe des Bohrgestänges (21) eines Bohrgestells während des Bohrens eines Bohrlochs, versehen mit: einem Bohrfluiddruck-Sensor (34); einem mit dem Bohrfluiddruck-Sensor (34) gekoppelten Bohrfluiddruck-Regler (200), der Änderungen des Bohrfluiddruckes misst und ein diese Änderungen darstellendes Signal abgibt; einem mit dem Bohrfluiddruck-Regler (200) gekoppelten Relais (236), das auf das Ausgangssignal des Bohrfluiddruck-Reglers (200) ansprechend ein Bohrgestänge-Regelsignal an einem Ausgang des Relais abgibt; und einem mit dem Relais (236) gekoppelten Bohrgestänge-Controller (33), wobei eine Abnahme des Bohrfluiddruckes dazu führt, dass das Relais (236) ein Bohrgestänge-Regelsignal abgibt, das den Bohrgestänge-Controller (33) betätigt, um eine Zunahme der Freigaberate des Bohrgestänges (21) zu bewirken, und eine Zunahme des Bohrfluiddruckes dazu führt, dass das Relais ein Bohrgestänge-Regelsignal abgibt, das den Bohrgestänge-Controller (33) betätigt, um eine Abnahme der Freigaberate des Bohrgestänges (21) zu bewirken.
  2. Automatische Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, ferner versehen mit: einem Bohrwerkzeuggewicht-Sensor (35); einem mit dem Bohrwerkzeuggewicht-Sensor (35) gekoppelten Bohrwerkzeuggewicht-Regler (201), der Änderungen des Bohrwerkzeuggewichts misst und ein diese Änderungen darstellendes Signal abgibt; einem mit dem Bohrwerkzeuggewicht-Regler (201) gekoppelten Relais, das auf das Ausgangssignal des Bohrwerkzeuggewicht-Reglers (201) ansprechend ein Bohrgestänge-Regelsignal an einem Ausgang des Relais abgibt; und einem mit dem Relais (237) gekoppelten Bohrgestänge-Controller (33), wobei eine Abnahme des Bohrwerkzeuggewichts dazu führt, dass das Relais (237) ein Bohrgestänge-Regelsignal abgibt, das den Bohrgestänge-Controller (33) betätigt, um eine Zunahme der Freigaberate des Bohrgestänges (21) zu bewirken, und eine Zunahme des Bohrwerkzeuggewichts dazu führt, dass das Relais ein Bohrgestänge-Regelsignal abgibt, das den Bohrgestänge-Controller (33) betätigt, um eine Abnahme der Freigaberate des Bohrgestänges (21) zu bewirken.
  3. Automatische Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner versehen mit: einem Bohrgestängedrehmoment-Sensor (36); einem mit dem Bohrgestängedrehmoment-Sensor (36) gekoppelten Bohrgestängedrehmoment-Regler (202), der Änderungen des Bohrgestänge-Drehmoments misst und ein diese Änderungen darstellendes Signal abgibt; einem mit dem Bohrgestängedrehmoment-Regler (202) gekoppelten Relais (238), das auf das Ausgangssignal des Bohrgestängedrehmoment-Reglers (202) ansprechend ein Bohrgestänge-Regelsignal an einem Ausgang des Relais abgibt; und einem mit dem Relais (238) gekoppelten Bohrgestänge-Controller (33), wobei eine Abnahme des Bohrgestängedrehmoments dazu führt, dass das Relais (238) ein Bohrgestänge-Regelsignal abgibt, das den Bohrgestänge-Controller (33) betätigt, um eine Zunahme der Freigaberate des Bohrgestänges (21) zu bewirken, und eine Zunahme des Bohrgestängedrehmoments dazu führt, dass das Relais ein Bohrgestänge-Regelsignal abgibt, das den Bohrgestänge-Controller (33) betätigt, um eine Abnahme der Freigaberate des Bohrgestänges (21) zu bewirken.
  4. Automatische Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner versehen mit: einem Bohrgestängedrehzahl-Sensor (37), einem mit dem Bohrgestängedrehzahl-Sensor (37) gekoppelten Bohrgestängedrehzahl-Regler (203), der Änderungen der Bohrgestängedrehzahl misst und ein diese Änderungen darstellendes Signal abgibt; einem mit dem Bohrgestängedrehzahl-Regler (203) gekoppelten Relais (239), das auf das Ausgangssignal des Bohrgestängedrehzahl-Reglers (203) ansprechend ein Bohrgestänge-Regelsignal an einem Ausgang des Relais abgibt; und einem mit dem Relais (239) gekoppelten Bohrgestänge-Controller (33), wobei eine Abnahme der Bohrgestängedrehzahl dazu führt, dass das Relais ein Bohrgestänge- Regelsignal abgibt, das den Bohrgestänge-Controller (33) betätigt, um eine Zunahme der Freigaberate des Bohrgestänges (21) zu bewirken, und eine Abnahme der Bohrgestängedrehzahl dazu führt, dass das Relais ein Bohrgestänge-Regelsignal abgibt, das den Bohrgestänge-Controller (33) betätigt, um eine Abnahme der Freigaberate des Bohrgestänges (21) zu bewirken.
  5. Automatische Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bohrfluiddruck-Regler (200) versehen ist mit: einem mit dem Bohrfluiddruck-Sensor (34) gekoppelten Burdonrohr (210) zum Messen von Änderungen des Bohrfluiddrucks; einer mit einem Ende des Burdonrohrs (210) gekoppelten Klappe (213), die auf von dem Burdonrohr gemessene Änderungen des Bohrfluiddruckes ansprechend um eine Gelenkstelle schwenkt; und einer auf das Schwenken der Klappe (213) ansprechenden Anordnung (216) zur Ausgabe eines für Änderungen des Bohrfluiddruckes repräsentativen Signals an das Relais.
  6. Automatische Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Bohrwerkzeuggewicht-Regler (201) versehen ist mit: einem mit dem Bohrwerkzeuggewicht-Sensor (35) gekoppelten Burdonrohr (250) zum Messen von Änderungen des Bohrwerkzeuggewichts; einer mit einem Ende des Burdonrohrs (250) gekoppelten Klappe, die auf von dem Burdonrohr gemessene Änderungen des Bohrwerkzeuggewichts ansprechend um eine Gelenkstelle schwenkt; und einer auf das Schwenken der Klappe (251) ansprechenden Anordnung (254) zur Ausgabe eines für Änderungen des Bohrwerkzeuggewichts repräsentativen Signals an das Relais.
  7. Automatische Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Bohrgestängedrehmoment-Regler (202) versehen ist mit: einem mit dem Bohrgestängedrehmoment-Sensor (36) gekoppelten Burdonrohr (270) zum Messen von Änderungen des Bohrgestängedrehmoments; einer mit einem Ende des Burdonrohrs (270) gekoppelten Klappe (271), die auf von dem Burdonrohr gemessene Änderungen des Bohrgestängedrehmoments ansprechend um eine Gelenkstelle schwenkt; und einer auf das Schwenken der Klappe (271) ansprechenden Anordnung (274) zur Ausgabe eines für Änderungen des Bohrgestängedrehmoments repräsentativen Signals an das Relais.
  8. Automatische Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Bohrgestängedrehzahl-Regler (243) versehen ist mit: einem mit dem Bohrgestängedrehzahl-Sensor (37) gekoppelten Burdonrohr (290) zum Messen von Änderungen der Bohrgestängedrehzahl; einer mit einem Ende des Burdonrohrs gekoppelten Klappe (291), die auf von dem Burdonrohr gemessene Änderungen der Bohrgestängedrehzahl ansprechend um eine Gelenkstelle schwenkt; und einer auf das Schwenken der Klappe (291) ansprechenden Anordnung (294) zur Ausgabe eines für Änderungen der Bohrgestängedrehzahl repräsentativen Signals an das Relais.
  9. Automatische Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der ferner mit jedem Relais (236, 237, 238, 239) ein Relaiswähler (232, 233, 234, 235) gekoppelt ist, der eine Auswahl jedes beliebigen der von den Relais bereitgestellten Bohrgestänge-Regelsignale, einer Kombination der Bohrgestänge-Regelsignale oder aller Bohrgestänge-Regelsignale zum Regeln der Freigabe des Bohrgestänges erlaubt.
  10. Verfahren zum automatischen Regulieren der Freigabe des Bohrgestänges einer Bohreinrichtung, bei dem: der Bohrfluiddruck gemessen wird; auf Änderungen des Bohrfluiddruckes ansprechend ein erstes Signal erzeugt wird, das für Änderungen des Bohrfluiddruckes repräsentativ ist; dieses Signal an einen Bohrgestänge-Controller übermittelt wird; und der Bohrgestänge-Controller angesteuert wird, um die Freigaberate des Bohrgestänges zu erhöhen, wenn das Signal eine Abnahme des Bohrfluiddruckes darstellt, und um die Freigaberate des Bohrgestänges zu vermindern, wenn das Signal eine Zunahme des Bohrfluiddruckes darstellt.
  11. Verfahren zum automatischen Regulieren der Freigabe des Bohrgestänges einer Bohreinrichtung, bei dem: der Bohrfluiddruck und das Bohrwerkzeuggewicht gemessen werden; auf Änderungen des Bohrfluiddruckes ansprechend ein erstes Signal erzeugt wird, das für Änderungen des Bohrfluiddruckes repräsentativ ist; auf Änderungen des Bohrwerkzeuggewichts ansprechend ein zweites Signal erzeugt wird, das für Änderungen des Bohrwerkzeuggewichts repräsentativ ist; das erste Signal, das zweite Signal oder sowohl das erste und das zweite Signal ausgewählt wird bzw. werden, um die Freigabe des Bohrgestänges zu steuern; das gewählte Signal oder die gewählten Signale an einen Bohrgestänge-Controller übermittelt wird bzw. werden; der Bohrgestänge-Controller angesteuert wird, um die Freigaberate des Bohrgestänges zu erhöhen, wenn das gewählte Signal oder die gewählten Signale eine Abnahme des Bohrfluiddruckes, eine Abnahme des Bohrwerkzeuggewichts, oder beides repräsentiert bzw. repräsentieren; und um die Freigaberate des Bohrgestänges zu vermindern, wenn das gewählte Signal oder die gewählten Signale eine Zunahme des Bohrfluiddruckes, eine Zunahme des Bohrwerkzeuggewichts, oder beides repräsentiert bzw. repräsentieren.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem ferner: das Bohrgestängedrehmoment gemessen wird; auf Änderungen des Bohrgestängedrehmoments ansprechend ein Signal erzeugt wird, das die Änderungen des Bohrgestängedrehmoments repräsentiert; dieses Signal an den Bohrgestänge-Controller übermittelt wird; und der Bohrgestänge-Controller angesteuert wird, um die Freigaberate des Bohrgestänges zu erhöhen, wenn das Signal eine Abnahme des Bohrgestängedrehmoments erkennen lässt, und um die Freigaberate des Bohrgestänges zu vermindern, wenn das Signal eine Zunahme des Bohrgestängedrehmoments darstellt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem ferner: die Bohrgestängedrehzahl gemessen wird; auf Änderungen der Bohrgestängedrehzahl ansprechend ein viertes Signal erzeugt wird, das die Änderungen der Bohrgestängedrehzahl repräsentiert; das vierte Signal an den Bohrgestänge-Controller übermittelt wird; und der Bohrgestänge-Controller angesteuert wird, um die Freigaberate des Bohrgestänges zu erhöhen, wenn das vierte Signal eine Zunahme der Bohrgestängedrehzahl erkennen lässt, und um die Freigaberate des Bohrgestänges zu vermindern, wenn das vierte Signal eine Abnahme der Bohrgestängedrehzahl darstellt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem ferner: aus dem ersten, zweiten, dritten und vierten Signal ein beliebiges Signal ausgewählt wird, eine Kombination aus dem ersten, zweiten, dritten und vierten Signal ausgewählt wird oder alle ersten, zweiten, dritten und vierten Signale ausgewählt werden, um die Freigabe des Bohrgestänges zu regulieren; und das ausgewählte Signal oder die ausgewählten Signale an den Bohrgestänge-Controller übermittelt wird bzw. werden, um die Freigaberate des Bohrgestänges in Ansprechen auf das ausgewählte Signal oder die ausgewählten Signale zu erhöhen oder zu vermindern.
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