DE967923C - Vorrichtung zum Erzeugen eines Umlaufs von Bohrfluessigkeit bei Drehbohrern - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 27. DEZEMBER 1957

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bei Drehbohrern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Umkehrspülung in einem nach dem Rotary-Verfahren gebohrten Bohrloch.

Bekanntlich wird beim Herstellen eines Bohrloches nach dem Rotarybohrverfahren eine Bohroder Spülflüssigkeit unter Pumpendruck durch das Bohrrohr in das Erdreich geleitet, um den am Bohrmeißel entstehenden Bohrsand zur Oberfläche des Bohrloches zu spülen. Die den Bohrsand enthaltende Flüssigkeit strömt aus dem Bohrloch aus und wird in einem Teich gesammelt, in dem sich der Bohrsand absetzt. Die vom Bohrsand freie Flüssigkeit wird dann unter Pumpendruck wieder in den Umlauf zurückgeführt.

Erfolgt der Abstrom in dem Bohrrohr und der Aufstrom in dem Bohrloch, dann wird der Bohrsand in die Erdschicht eingewaschen, durch die das Bohrloch hindurchgebohrt ist, so daß der Bohrsand oft die fündigen Sandschichten verstopft. Im Erdreich vorhandene Höhlen und Löcher verursachen ao auch eine Herabsetzung des Umlaufs und der Geschwindigkeit, so daß sich der Bohrsand absetzt und aus dem Bohrloch nicht entfernt wird.

Diese Schwierigkeiten lassen sich zum Teil durch Anwendung der Umkehrspülung beheben, bei der das aus dem Teich abfließende und in dem Bohrloch nach unten strömende Wasser oder Bohrflüssigkeit durch das Bohrrohr mittels einer Pumpe

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nach oben gefördert und wieder in den Teich entleert wird, in dem sich das mitgerissene Material absetzt. Da jedoch oft auch größere Steinbrocken und Geröll vom Bohrmeißel gelöst und dann von der Bohrflüssigkeit hochgefördert werden, ist die Pumpe bei dieser Spülungsart großem Verschleiß ausgesetzt.

Hauptziel der Erfindung ist daher eine Vorrichtung, durch die eine sehr rasche Aufwärtsbewegung ίο der Bohrflüssigkeit im Bohrrohr erzielt wird, und bei der Bohrsand, große Steine und Geröll nicht durch die Pumpe hindurchgefördert werden.

Die Erfindung, bei der zum Anheben der Bohrflüssigkeit in an sich bei Gründungs- und Ent-Wässerungsarbeiten bekannter Weise ein von einer Pumpe beaufschlagter Strahlheber verwendet wird, besteht darin, daß mit dem Strahlheber eine in den Flüssigkeitsauslaß mündende Venturileitung verbunden ist. Dadurch wird auf einfache und wenig kostspielige Weise eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der Bohrflüssigkeit erreicht, so daß das Absaugen des Bohrsandes und der von dem Bohrmeißel gelockerten gröberen Teile erleichtert wird. Die Anordnung ist 'dabei so getroffen, daß lediglich reines Wasser durch die den Strahlheber beanschlagende Pumpe strömt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden Teil der Beschreibung an Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist Fig. ι eine schaubildliche Ansicht eines fahrbahren Bohrgerätes mit einer erfindungsgemäßen Umlaufvorrichtung,

Fig. 2 ein vergrößerter Längsschnitt durch den Strahlheber und die Abströmleitung, Fig· 3 ^eiⁿ vergrößerter Schnitt durch den Strahlheberkopf,

Fig. 4 ein Querschnitt durch den Strahlheberkopf nach Linie 4-4 der Fig. 3 in Richtung der Pfeile und

Fig. 5 ein ähnlicher Schnitt durch den Strahlheberkopf nach Linie 5-5 der Fig. 3.

Das Bohrgerät 1 kann eine fahrbare Vorrichtung sein, die auf der Plattform 3 eines motorgetriebenen Fahrzeuges 2 aufgestellt ist. Das Bohrgerät enthält eine Kraftmaschine, z. B. eine auf der Plattform 3 aufgestellte Brennkraftmaschine 4, die eine Windentrommel S, einen Drehtisch 6 und eine Pumpe 7 antreibt. Die Windentrommel 5 und der Drehtisch 6 sind mit der Kraftabgabewelle 8 mittels Antriebsverbindungen verbunden, wie sie bei diesen Geräten üblich sind. In der dargestellten Ausführung erfolgt der Antrieb der Pumpe 7 mittels einer Kette 9, die über ein Kettenrad 10 der Welle 8 und ein Kettenrad 11 der Pumpe 7 läuft.

Von dem Fahrzeug wird auch ein Mastkran 12 getragen, der von einer auf dem Fahrzeug eingenommenen waagerechten Lage in eine aufgerichtete Stellung (Fig. 1) gehoben werden kann. An der Spitze des Mastkrans (nicht dargestellt) ist der übliche Flaschenzug für ein von der Windentrommel 5 kommendes Seil 13 angebracht, das in bekannter Weise zum Tragen und Hantieren des Bohrrohres 14 dient.

Das Bohrrohr 14 trägt am unteren Ende (nicht dargestellt) einen Bohrmeißel, der mittels des Drehtisches 6 gedreht wird, um ein Bohrloch in das Erdreich zum Erbohren von Wasser oder Mineral, wie öl und Gas, zu bohren. Das Bohrrohr 14 enthält Rohrverbindungen, die durch Bohrgerätekupplungen verbunden sind, so daß bei fortschreitendem Bohrvorgang zusätzliche Verbindungsrohre eingebaut werden können. Eine Treibverbindung besteht zwischen dem Bohrrohr und dem Drehtisch mittels einer Rohrstange oder Kellystange 15, die mit dem oberen Ende des Bohrrohres verbunden ist .und einen Spülkopf 16 trägt. Der Spülkopf hat einen Bügel 16', der unter Zwischenschaltung des Flaschenzuges 17 und des Hakens 18 mit dem Seil 13 verbunden ist. Mit dem Spülkopf 16 ist eine biegsame Rohrleitung oder ein Schlauch 19 verbunden, in dem Spülwasser aus dem Bohrrohr mittels eines Strahlhebers 20 angesaugt wird. Der Strahlheber ist auf der Plattform 3 beispielsweise in der in Fig. 1 dargestellten Weise aufgestellt.

Der Strahlheber 20, dessen Kopf 21 mit dem Schlauch 19 über einen Anschlußnippel 22 verbunden ist, fördert in eine .venturiförmige Rohrleitung 23, an deren Austragsende ein Krümmer 24 die geförderte Flüssigkeit, Bohrsand, Geröll und andere Feststoffe in einen Teich 25 entleert.

Der Strahlheberkopf 21, dessen ringförmiger Wandabschnitt 26 vorzugsweise einen größeren Durchmesser hat als der Nippel 22, ist mit dem Nippel 22 mittels einer ringförmigen Stirnwand 27 verbunden. Das gegenüberliegende Ende des Wandabschnittes 26 ist an eine Düse 28 angeschlossen. Die Düse 28 hat eine in Längsrichtung des Kopfes konvergierende Ringwand 29, die eine im Durchmesser kleinere mit dem Venturirohr 23 ausgerichtete Auslaßöffnung 30 bildet. Um die Auslaßöffnung 30 der Düse 28 liegt ein nach außen und nach vorn sich erweiternder Flansch 31, der zusammen mit einem nach hinten auf Abstand stehenden ringförmigen Flansch 32 und einer äußeren Umfangswand 33 eine die Düse 28 umgebende Ringkammer 34 begrenzt. Die Kammer 34 hat einen seitlichen Einlaß 35 zum Anschluß einer Rohrleitung 36, durch die eine unter hohem Druck stehende Heberflüssigkeit der Kammer 34 zugeführt no wird. Diese Flüssigkeit durchströmt mit hoher Geschwindigkeit mehrere um den Auslaß 30 der Düse 28 in einem Ring angeordnete Strahldüsen 37. Die Strahldüsen 37 können von beliebiger Bauart sein, die einen stoßweisen Austritt der Hochdruckflüssigkeit vorwärts der Düse ermöglicht, um einen Saugzug zu bilden, der die in dem Bohrrohr befindliche Bohrflüssigkeit vom oberen Ende absaugt, so daß sich die in dem Bohrrohr befindliche gesamte Flüssigkeitssäule mit hoher Geschwindigkeit nach oben bewegt und zusammen mit der Strahlflüssigkeit durch das Venturirohr 23 hindurch abströmt. Die Strahldüsen sind vorzugsweise lösbar in dem Flansch 31 gelagert und haben zu diesem Zweck Gewindehälse 38, die in Gewindeöffnungen des Flansches 31 eingeschraubt sind (Fig. 3).

Das Venturirohr 23 hat einen _#trichterförmigen Einlaß 40, dessen Ringflansch 41 am Umfangsabschnitt des Flansches 31 beispielsweise mittels Kappenschrauben 42 befestigt ist, deren Schäfte 42 die öffnungen 43 des Ringflansches 41 durchsetzen. Der trichterförmige Einlaß 40 ist mit einem im Durchmesser kleineren Rohrabschnitt 44 des Venturirohres 23 verbunden und erhöht die Geschwindigkeit des durchströmenden Flüssigkeitsstromes. ο Das gegenüberliegende Ende des Venturirohres hat einen nach außen sich erweiternden Ansatz 45, an dem der Krümmer 24 angeschlossen ist.

Die Rohrleitung 36 erstreckt sich nach oben und nach vorn oberhalb des Venturirohres 23 und mündet in ein T-Stück 46, das an die Druckseite 4" der Pumpe 7 angeschlossen ist. Mit dem T-Stück ist auch eine Rohrleitung 48 verbunden, die sich zur gegenüberliegenden Seite des Fahrzeuges erstreckt und mittels eines Standrohres 49 mit einem auf einer Rohrstange oder Kellystange 51 befindlichen Spülkopf 50 verbunden ist. Die nicht verwendete Rohrstange 51 wird innerhalb des Mastkrans aufgestellt und wird nach Abnahme der Rohrstange 15 mit dem Bohrrohr 14 verbunden. Die

^a5 Rohrleitungen 36 und 48 sind an den entsprechenden Seiten des T-Stückes 46 mit Abschlußventilen 52 bzw. 53 ausgerüstet, so daß die Fördermenge der Pumpe je nach der gewünschten Umlauf art durch eine der beiden Rohrleitungen gefordert werden kann.

Der Saugeinlaß 54 der Pumpe 7 ist mittels eines Schlauches 55 mit dem reines Wasser enthaltenden Teich 56 verbunden. Die Teiche 25 und 56 werden längs des Fahrzeuges am Ort des Bohrens angelegt und sind mittels eines Wehres 57 verbunden, das am Spiegel der sich in dem Teich 25 sammelnden Flüssigkeit aufgestellt ist, so daß die geklärte Flüssigkeit aus dem Teich 25 über das Wehr 57 in den Teich 56 fließt. Der Bohrsand und die Feststoffe setzen sich am Boden des Teiches 25 ab. Ein Teil der von Feststoffen freien Flüssigkeit fließt aus dem Teich 25 durch die Rinne 58 zum Bohrloch, das auf diese Weise mit Flüssigkeit gefüllt gehalten wird, um die aus dem Bohrrohr abgesaugte Flüssigkeit zu ersetzen.

Ist die Bohrvorrichtung an dem Ort, an dem ein Bohrloch zu bohren ist, aufgestellt, dann wird der Mastkran errichtet. Längs der Plattform 3 wird ein Teich so angelegt, daß er die aus dem Krümmer 24 austretende Flüssigkeitsmenge aufnimmt. Der Teich 56 befindet sich nahe dem Teich 25 und ist mit diesem Teich durch das Wehr 57 verbunden. Der Schlauch 55 wird in den Teich 56 eingehängt und beide Teiche werden mit Bohrflüssigkeit gefüllt.

Der Bohrmeißel ist an dem unteren Ende der Bohrstange 15 befestigt. Sobald das Rohr 15 im Drehtisch 6 eingebaut und der Spülkopf 16 vom Flaschenzug mittels des Seiles 13 aufgehängt ist, wird die Rohrstange 15 in Drehung gesetzt und beginnt mit dem Bohren des Bohrloches 59.

Durch die zwischen dem Teich 25 und dem Bohrloch 59 gegrabene Rinne 58 fließt Wasser aus dem Teich 25 in das Bohrloch, das also mit Bohrflüssigkeit ständig gefüllt gehalten wird. Genügt die aus den erbohrten Erdschichten in das Bohrloch eintretende Flüssigkeit nicht, um die Teiche gefüllt zu halten, dann muß beim Tieferbohren des Bohrloches weitere Flüssigkeit zugesetzt werden.

Bei fortschreitendem Bohren werden Verbindungsstücke zwischen den Bohrmeißel und die Rohrstange 15 eingesetzt. Die Bohrflüssigkeit fließt aus dem Teich 25 in das Bohrloch und erzeugt außerhalb des Bohrrohres eine hydrostatische Druckhöhe, wobei eine entsprechende Drucksäule innerhalb des Bohrrohres steigt, um den von dem Meißel abgearbeiteten Bohrsand zu heben. Die Flüssigkeiten müssen sich jedoch mit großen Geschwindigkeiten bewegen, um diejenige Hubkraft zu erzeugen, die zum Heben des Bohrsandes und der von dem Bohrmeißel gelösten Felsteilchen oder des Gerölles notwendig ist. Diese Kraft wird von der Pumpe 7 erzeugt.

Beim Arbeiten der Pumpe 7 wird von Bohrsand freie Flüssigkeit aus dem Teich 56 mittels des Schlauches 55 angesaugt und mit hohem Druck durch die Rohrleitung 36 hindurch in die Sammelkammer 34 des Strahlheberkopfes 20 geleitet, von wo die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit durch die Strahldüsen 37 in den trichterförmigen Einlaß 40 des Venturirohres entleert wird. Die mit großer Geschwindigkeit ausströmenden Strahlen erzeugen innerhalb des Strahlheberkopfes einen Unterdruck, der die Bohrflüssigkeit in dem Bohrrohr nach oben saugt. Die Heberstrahlen fördern die Bohrflüssigkeit zusammen mit der Strahlheberflüssigkeit durch das Venturirohr hindurch in den Teich 25. Auf diese Weise wird ein ständiger Umlauf durch das Bohrloch hindurch nach unten und durch das Bohrrohr hindurch nach oben mit so großer Geschwindigkeit aufrechterhalten, daß der Bohrsand und alle von dem Bohrmeißel abgetragenen Felsteilchen oder Geröll in dem Bohrrohr nach oben gefördert und mittels des Strahlhebers entleert werden.

Nach dem Entleeren in den Teich 25 setzen sich der Bohrsand, die Felsteilchen und der Bohrschlamm auf dem Boden des Teiches ab und die von diesen Stoffen freie Bohrflüssigkeit fließt über das Wehr in den Teich 56. Ein Teil dieser Flüssigkeit fließt auch von der Oberfläche des Teiches 25 durch die Rinne 58 in das Bohrloch 59.

Bei dem in dem Bohrloch erfolgenden Umlauf nach unten und bei dem in dem Bohrrohr erfolgenden Umlauf nach oben wird eine so große Geschwindigkeit der Flüssigkeit aufrechterhalten, daß die Förderung und Aufwärtsbewegung des Bohrsandes usw. gesichert ist und auch bei hochporösen Erdschichten mit Höhlungen und Hohlräumen kein Geschwindigkeitsabfall der in dem Bohrrohr umlaufenden Flüssigkeit erfolgt. Es wird auch eine hohe Hubkraft erzeugt, ohne daß Felsteilchen, Geröll u. dgl. die Pumpe durchlaufen.

Wird aus irgendeinem Grund der übliche Umlauf gewünscht, dann wird die Rohrstange 15 durch die Rohrstange 5.1 ersetzt. Das Ventil 53 wird geöffnet und das Ventil 52 wird geschlossen. Beim

Anlassen der Pumpe strömt Flüssigkeit aus dem Rohr 48 über das Standrohr 49 und den Spülkopf in dem Bohrrohr nach unten, um in dem Bohrloch zurückzufließen.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Drehbohrvorrichtung für Erdtief bohrungen, wobei die Spülflüssigkeit im Umlauf aus einem Flüssigkeitsvorrat in das Bohrloch geleitet, durch einen von einer Pumpe beaufschlagten Strahlheber durch das Bohrrohr nach oben gesaugt und aus diesem zurück in den Flüssigkeitsvorrat entleert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Strahlheber (20) eine in den Auslaß (24) mündende Venturileitung (23, 44, 45) verbunden ist, durch die die Geschwindigkeit der aus dem Strahlheber abströmenden Flüssigkeit erhöht wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlheber (20) eine mit dem Bohrrohr (14) über eine Rohrleitung (19) verbundene Einlaßdüse (22) und eine Auslaßdüse (28) hat, und daß mehrere, mit der Druckseite (47) der Pumpe (7) verbundene Strahldüsen (37) um die Auslaßdüse (28) herum angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Venturiauslaßrohr (23) in Richtung des Ausflusses aus den Strahldüsen koaxial zum Strahlheber angeordnet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschrift Nr. 2537605;
   »Erdöl-Zeitung«, 1952, S. 8;
   »Hütte«, Bd. II, 25. Aufl., 1926, S. 866.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 509 600/6 12.55 (109 821/3 12.57)