DE833335C - Einrichtung zur Bestimmung der Bohrrichtung von Gesteinsbohrloechern waehrend des Betriebes - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Bestimmung der Bohrrichtung von Gesteinsbohrlöchern während des Betriebes Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung der I3olirrichtung beim Bohren von Gesteinsbdhrlöchern, insbesondere von Tiefbohrlöchern, die sowohl die Änderung als auch die Überwachung der Bohrrichtung während des Betriebes ermöglicht.
• Beim Niederbringen von Bohrungen ist es wesentlich, jeweils festzustellen, ob die gewünschte :senkrechte oder geneigte Bohrrichtung auch tatsächlich eingehalten wird. Es ist bekannt,, die Richtungsänderung bei Gesteinsbohrlöchern, wie sie z. B. beim Aufschluß und der Ausrichtung von mineralischen Lagerstätten niedergebracht werden, durch Einbau von Richtkeilen o. ä. Richtgeräten, die das Bohrwerkzeug zu einer Richtungsänderung zwingen, Herbeizuführen. Die Anwendung solcher Richtgeräte macht den "lusbau des Bohrgestänges sowie des 13olirwerkzeuges erforderlich und zwingt dadurch zu einer längerei3 Unterbrechung der Bohrtätigkeit. Die Bohrrichtung wird dabei durch ein Neigungsmeßgerät in Form eines Pendels und durch ein Richtungsmeßgerät, etwa einen Kompaß oder Kreisel, überwacht. Auch ,:diese Messungen erfordern längere Unterbrechungen der Bohrarbeit, während die Meßapparatur in das Bohrloch eingeführt wird.
• Demgegenüber bietet die erfindungsgemäße Einrichtung die Möglichkeit, die Bohrrichtung während des Betriebes nicht nur zu überwachen, sondern auch zu ändern. Zu diesem Zweck werden im Bdhrloch eingebaute Antriebsaggregate verwendet und erfindungsgemäß dieAchse desBdhrwerkzeuges gegen die Bohrlochachse verschwenkt, versetzt oder verschwenkbar angeordnet und Mittel vorgesehen, tim die Neigung der Bohrrichtung gegenüber dem Lot in jedem Zeitpunkt festzustellen. Durch diese Maßnahme ist es möglich, dem Bohrloch in jedem Zeitpunkt eine andere Richtung zu geben und diese lZichtung während des Betriebes zu messen.
• Das \'erschwenken des Bohrwerkzeuges kann in der Weise erfolgen, daß dieses zusammen mit dem 13ohrerantrieb schräg auf das in der Achse des Bohrloches verlaufende Vorschubgestänge aufgesetzt ist. Hierbei wird zweckmäßig die Bohrerlialtung sowie das Vorschubgestänge in Gleitstücken geführt, die an der Bohrlochwandung anliegen. Dahei dient die vordere Aufhängung des.Bohrers im Gleitstück als SchwenkpunIkt, und die Werkzeughaltung bzw. der Antrieb wird an seiner 'hinteren .\ufhängung aus der Bohrlochachse heraus verschwenkt. Dahei kann die Verschwenkungseinrichtung starr angeordnet oder durch mechanische Vorrichtungen während des Betriebes veränderlichbzw. einstellbar ausgeführt sein.
• Weiterhin ist es möglich, die Bohrerachse gegen- über der Bohrlochaclise seitlich zu versetzen bzw. parallel zu verschieben, so daß die Bohrvorrichtung eine gewisse Exzentrizität erhält. Hierbei ergibt sich, wenn die gesamte Vorrichtung einschließlich des Führungsstückes mittels des Vorschu-bgestänges gleiclimiißig umgesetzt wird, ein gerades Bohrloch. Wird jedoch die Rückführung der Bohrlochachse in die gewünschte Richtung oder eineAbweichung von der bisherigen Richtung aus technischen Gründen gewünscht, so kann durch Drehen des Vorschubgestänges die Exzentrizität in die gewünschte Richtung eingestellt werden und bewirkt ein gleichmäßiges Abweichen des Bohrloches im weiteren \"erlauf des Bohrens.
• Auf diese Weise können Richtungsänderungen beliebigen Ausmaßes ohne Unterbrechung des Bohrvorganges durchgeführt werden. Diese sind dort besonders zweckmäßig, wo viele Lagen von schräg stehenden Gebirgsschichten, welche die Bohrrichtung stetig zu ändern versuchen, durchbohrt werden müssen.
• Uni die durch die erfindungsgemäße Einrichtung erzielbaren technischen Vorteile in jedem Falle voll ausnutzen zu 'können, werden zur Feststellung der Richtung des Bohrloches und gegebenenfalls auch des Bohrwerkzeuges Mittel vorgesehen, die die Richtung jederzeit festzustellen gestatten. Solche Mittel können in an sich bekannten Neigungsmeßgeräten bestehen, bei denen die Neigung eines Gerätes durch drei in einer Richtung angeordnete \leßl>@utikte festgelegt wird. Dabei ergeben die äußeren N,teßpuiukte bei geneigtem Meßgerät entgegengesetzte Meßwerte in bezug atzf den mittleren Meßpunkt, so daßhierdurch festgelegt werdenkann, welcher Außenpunkt 'höher bzw. tiefer liegt als der mittlere Meßpunkt. Die Meßwerte können 'hierbei durch beliebige Träger, z. B. Kabel, zum Bohrlochmund übertragen und dort zur Anzeige gebracht werden. Die mit solchen Meßgeräten erzielbare Richtungsbestimmung, die durch die Hintereinanderanordnung der drei Meßpunkte und ihre differenzierten @leßwerte ermöglicht ist, wird erfin-<lungsgemäß zur Bestimmung der Richtungsüberivachung während des Betriebes verwendet. Zweckmäßig sind Neigungsmeßgeräte fest sowohl an der Bohrvorrichtung als auch @an dem Führungsgestänge angeordnet. Zur Feststellung der Achsenneigung des Bohrloches bzw. des Bohrwerkzeuges wird die gesamte Bohrvorrichtung von außerhalb des Bdltrloches durch Drehen des Stützgestänges um 36o° gedreht und jeweils der maximale Ausschlag des Gerätes nach l,röße und Richtung gemessen.
• Zum Bohren senkrechter Löcher werden die Meßgeräte derart an der Bohrvorrichtung angebracht, daß die drei -#leßpuiikte senkrecht zu deren Achse liegen, während beim Bohren 'horizontaler bzw. geneigter Bohrlöcher die Meßgeräte parallel bzw. in dem .gewünschten Neigungswinkel zur Achse der Bohrvorrichtung angeordnet werden. Für Messungen in geneigten und horizontalen Löchern wird zweckmäßig ein weiteres Neigungsmeßgerät senkrecht zum ersten bzw. senkrecht zur Geräteachse angebracht. Durch Einrichten dieses letzteren Neigungsmeßgerä,tes auf seine horizontale Lage mittels des Vorschubgestänges liegt die Meßlinie des Achsenneigungsmeßgerätes in einer lotrechten Ebene, so daß eine Meßungenauigkeit durch Verkanten des Meßgerätes vermieden wird.
• In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt.
• Abb. i zeigt einen Teilschnitt der Bohrlochfü'hrung und eine Ansicht der in der Böhrlochachse liegenden schwenkbaren Vorrichtung mit zwei Meßgeräten ; Abb. 2 ist eint Schnitt durch die obere Aufhängung der Bohrwerkzeughalterung; Abb. 3 ist ein Schnitt durch die untere Führung und die Verstellvorrichtung; Abb. .I entspricht I\bb. i mit gegen die Bohrlochachse verschwen'kter 1361irvorrichtung; Abb. 5 ist ein Teilschnitt der Böhrlochführung mit einer gegen die 13olirlcxliaclise parallel versetzten Bohrvorrichtung.
• 'Die Einrichtung zur \-ei-scliwen'kung des Bohrwerkzeuges gemäß Allib. i bis :I besitzt vier Gleitschienen i, die sich an die Bohrlochwandung 2 alllügen, 1@Iittels federnder Verbindungsglieder und Bolzen 5 sind die Gleitschienen i an einem Ring. befestigt, der die obere Aufhängung für die Bohrvorrichtung darstellt. Diese besteht aus dem Meißel 3 und .der Meißelhaltung sowie dem Bohrantrieb i o. In einer Aussparung 6 des Tragringes q ist ein Drehzapfen 7 gelagert, um den das Bob rwerkzeug verschw-enikt wird. Ein -lNeigungsmeßgerät 8 ist mit dein Bohrwerkzeug fest verbunden. Dessen Anzeige wird durch eine Übertragungsleitung g zum Bdhrlochmund übertragen. Am 'hinteren Ende der Bohrvorrichtung, dargestellt durch den Antrieb io, ist die X'erschwenkvorrichtung angebracht, die aus einem Stützgehäuse i 1 besteht", das auf einer Gleitbälin 12 innerhalb einer Führungswanne 13 gleitet. I)ie Führungswanne ist ähnlich wie der Tragring der oberen Aufhängung mit Federgliedern und Bolzen zwischen den Gleitschienen taufgehängt.
• Das Versch,wenken des Stützgehäuses i i in der Fiihrungswailne 13 erfolgt mach Lösen einer Arretiervorrichtung 11 durch Drehen des Vorschubgestänges 1(>. Hierdurch wird ein Verstellnippel 14 auf (lern Gnestärige auf- und abwärts bewegt, der durch an ihm angebrachte Nocken, die in Nuten 15 cies Stützgehäuses 1 r gleiten, dieses zu einer seitlichen Verschwenkung zwingt. An einer der Gleitschienen i ist ein weiteres Neigungsmeßgerät 17 angebracht, mit dem die Neigung der Bohrlochachse gemessen wird.
• Gemäß :1b11. 4 ist die Achse i9 des Bährwerkzeuges gegen d @ie Achse 2o des Bohrloches verscIrn-enkt. Uni die Zuleitung des Kraftmittels, z. B. vorn elektrischem Strom, Preßluft oder Wasser, zum Antriebsaggregat zu gewährleisten, wird das der Kraftmittelzuführung dienende Vorschubgestänge über ein bewegliches Glied (Kabel oder Schlauch) mit dem _lntrielr verbunden.
• Gemäß :11>h. 5 ist die Achse i9 des Bohrwerkzetrges gegen die liollrIOe11acI1se 20 parallel um das \laß /? exzentrisch versetzt. Die parallele Versetzung der lkihrvorrichtung inner'Iialb der Bohrlochführung kann hierbei durch einseitige Verstärkung des Federpaketes 5 zwischen dem Tragring a und der- Gleitschiene 1 erfolgen. Außerdem ist in Abb. 5 die Anordnung von zwei miteinander ge@kuplrelten Neigun.gsmeßgeräten dargestellt, wie sie für die ()1lerwachung schräg gerichteter und horizontaler Bollrl<icher zweckmäßig angewandt wird. :1uf eurer in Richtung des Bohrwerkzeuges angeordneten Konsole 23 ist das Neigungs,meßgerät 21, das zur Bestimmung der Bohrloch- und Gerätneigung dient, in Richtung der Achse angebracht, während das Neigungsmeßgerät 22 senkrecht zur Geräteachse angeordnet ist. Hierbei wird das Neigtrngsrneßgeriit 22 für die Messung der Achsenneigung mit dem Gerät 21 horizontal ausgerichtet. um ein Verkanten des Gerätes 21 und damit eine \leßtrngenatrigkeit zu vermeiden.

Claims (7)

1. PATEN TA NS PROCHE: i. Eitiricheung zur Bestimmung der Richtung von Gesteinsbohrlöchern während des Betriebes unter Verwendung von im Bohrloch angeordrieten Antriehsaggregaten. wie Bohrhämmern und Ylotoren, dadurch gekennzeichnet, d@aß die Achse des Bohrwerkzeuges gegen die Bohrlochachse verschwedkt, versetzt oder vcrschwen'kbar angeordnet ist und Mittel vorgesehen sind, um die Neigung der ßöhrvorrichtung gegenüber dem Lot in jedem Zeitpunkt festzustellen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen die Bohrlochachse verschwenkte Bohrvorrichtung in an der Bo'hrloch.wandung anliegenden Führungsstücken aufgehängt ist.
3. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen i und 2 zum Verschwenken der Bohreinrichtung im Bohrloch, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrvorrichtung in der Nähe des Nfeißel,sdrehbar in Führungsstücken aufgehängt ist und zum VerschNvenken des anderen Endes der Bohrvorrichtung am Stützgestänge ein Nocken auf- und abwärts beweglich angeordnet ist, durch den ein mit der Halterung der Bohrvorrichtung fest verbundener Gleitschuh innerhalb der'Aufhängung in der Bohrlochführung seitwärts beweglich ist. .l.
4. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse der eigentlichen Bohrvorrichtung bzw. ihrer Halterung innerhalb der Führung i-m Bohrloch um einen geringen Betrag aus der Mittelachse des Bohrloches heraus parallel versetzt ist.
5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen i bis zur Überwachung der Richtungsänderung von Bohrlöchern, dadurch gekennzeichnet, daß an der Meißelhalterung oder an der Bohrlochführung in einer Meßlinie messende Neigungsmeßgeräte angebracht sind. f1.
6. Einrichtung nach Anspruch i und, folgenden, insbesondere-nach Anspruch 5, zur Ermittlung der Neigung in senikrechten Bohrlöchern, dadurch gekennzeichnet, daß an der Halterung des eigentlichen Bohrwerkzeuges und an der Bohrlochführung je ein Neigungsmeßgerät angebracht ist, deren Meßlinien senkrecht zur Geräteachse angeordnet sind.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch i und folgenden, insbesondere nach Anspruch 5, zur Ermittlung der Neigung in schräg gerichteten bzw. horizontalen Bohrlöchern, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Neigungsmeßgeräte, deren Meßlinien unter go° angeordnet sind, auf 'horizontal liegenden Konsolen an der Bohrvorrichtung und an der Bohrlochführung befestigt sind, wobei eines der Meßgeräte senkrecht zur Geräteachse angeordnet ist. ä. Einrichtung nach den Ansprüchen i bis 7, dadurch gekennzeichnet,, daß zwischen dem Vorschubgestänge und dereigentlichen Bohrvorrichtung innerhalb der Bohrlochfüihrung eine nachgiebige Kraftübertragungsleitung eingeschaltet ist, die ein seitliches Verschwenken bzw. Versetzen der eigentlichen Bohrvorrichtung i.nnerhalll des Bohrloches bzw. der Bohrlochführung gestattet.