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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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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.
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BESCHREIBUNG
DES TECHNISCHEN STANDES
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Noch
weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden Fachleuten auf dem Gebiet im Licht des Folgenden offensichtlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Vorderansicht, die ein typisches Bohrgestell abbildet, das
durch die automatische Bohrvorrichtung nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gesteuert wird.
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2 ist
ein schematisches Diagramm, das die automatische Bohrvorrichtung
nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung abbildet.
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht
des Pumpdruck-Reglers der in 2 abgebildeten
automatischen Bohrvorrichtung.
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4 ist
eine Vorderansicht, die einen Pumpdruck-Sensor abbildet.
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5 ist
eine Vorderansicht in teilweiser Perspektive, die einen Pumpfluiddruck-Sensor
abbildet.
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6 ist
eine Vorderansicht im Querschnitt, die ein Bohrlochkopf-Druckausgleichventil
abbildet.
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7 ist
eine Seitenansicht, die einen bei der automatischen Bohrvorrichtung
der vorliegenden Erfindung verwendeten Bohrstrangzug-Sensor abbildet.
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8 ist
eine Seitenansicht, die einen bei der automatischen Bohrvorrichtung
der vorliegenden Erfindung verwendeten alternativen Bohrstrangzug-Sensor
abbildet.
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9 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Warnvorrichtung und einen Trennschalter
für niedrigen
Fluidstand abbildet.
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10 ist
ein schematisches Diagramm, das einen bei der automatischen Bohrvorrichtung
der vorliegenden Erfindung verwendeten Rohrdrehmoment-Sensor abbildet.
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11 ist
ein schematisches Diagramm, das einen bei der automatischen Bohrvorrichtung
der vorliegenden Erfindung verwendeten alternativen Rohrdrehmoment-Sensor
abbildet.
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12 ist
ein schematisches Diagramm, das einen bei der automatischen Bohrvorrichtung
der vorliegenden Erfindung verwendeten Rohrdrehzahl-Sensor abbildet
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13 ist
ein schematisches Diagramm, das einen bei der automatischen Bohrvorrichtung
der vorliegenden Erfindung verwendeten alternativen Rohrdrehzahl-Sensor
abbildet.
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14 ist
ein schematisches Diagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel
der automatischen Bohrvorrichtung abbildet, konfiguriert, um ein Rohrschlangen-Bohrgestell
zu steuern.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.