EP0380909A2 - Verfahren und Kernbohrwerkzeug zum Abteufen von Bohrungen in unterirdische Gesteinsformationen - Google Patents

Verfahren und Kernbohrwerkzeug zum Abteufen von Bohrungen in unterirdische Gesteinsformationen Download PDF

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EP0380909A2
EP0380909A2 EP90100111A EP90100111A EP0380909A2 EP 0380909 A2 EP0380909 A2 EP 0380909A2 EP 90100111 A EP90100111 A EP 90100111A EP 90100111 A EP90100111 A EP 90100111A EP 0380909 A2 EP0380909 A2 EP 0380909A2
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EP
European Patent Office
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core
drilling tool
outer housing
main
guide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP90100111A
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English (en)
French (fr)
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EP0380909A3 (de
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Rainer Dr. Ing. Jürgens
Johann Van Es
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Baker Hughes Oilfield Operations LLC
Original Assignee
Eastman Christensen Co
Eastman Teleco Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Eastman Christensen Co, Eastman Teleco Co filed Critical Eastman Christensen Co
Publication of EP0380909A2 publication Critical patent/EP0380909A2/de
Publication of EP0380909A3 publication Critical patent/EP0380909A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B25/00—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
    • E21B25/16—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors for obtaining oriented cores
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B25/02—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors the core receiver being insertable into, or removable from, the borehole without withdrawing the drilling pipe
    • E21B25/04—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors the core receiver being insertable into, or removable from, the borehole without withdrawing the drilling pipe the core receiver having a core forming cutting edge or element, e.g. punch type core barrels
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/02—Fluid rotary type drives
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/06—Deflecting the direction of boreholes
    • E21B7/061—Deflecting the direction of boreholes the tool shaft advancing relative to a guide, e.g. a curved tube or a whipstock
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/06—Deflecting the direction of boreholes
    • E21B7/068—Deflecting the direction of boreholes drilled by a down-hole drilling motor

Definitions

  • the invention relates to a method and a core drilling tool for sinking bores in underground rock formations while extracting drilling cores as rock samples according to the preamble of claim 1 and claim 8.
  • the core drilling unit is guided coaxially in the outer housing of the core drilling tool by means of an anti-rotation and guiding device, with the result that when drilling a core the core tube of the core drilling unit coaxially emerges from the outer housing.
  • the outer housing of the core drilling tool accordingly specifies the feed direction for the core tube.
  • the invention has for its object to provide a method and a core drilling tool of the type mentioned, through which an expanded digestion of soil formations by extracting drill cores as rock samples is possible.
  • the invention achieves this object by means of a method according to claim 1 and by means of a core drilling tool according to claim 8.
  • a core drilling tool according to claim 8 With regard to essential further configurations of the method according to the invention, reference is made to claims 2 to 7 and of the core drilling tool according to the invention to claims 9 to 20.
  • the invention provides a directional core drilling method and a directional core drilling tool, by means of which a predetermined directional course can be predetermined for a core hole, which specifically deviates from a generally approximately perpendicular course of conventional core holes.
  • a predetermined directional course can be predetermined for a core hole, which specifically deviates from a generally approximately perpendicular course of conventional core holes.
  • the core drilling tool illustrated in simplified form in FIGS. 1 and 2 comprises in particular an outer housing 1 which can be connected to a drill pipe string with its not shown upper end and carries a drill bit 2 as the main drilling tool at its lower end. Furthermore, the core drilling tool comprises a core drilling unit 4, which is supported in the outer housing 1 and is provided with a deep hole motor 3, which can be pulled up and retracted as a whole by means of a rope 5 and has an upper part 6 which is in the outer housing 1 by means of an anti-rotation and guiding device formed by an axial multi-spline profile part 7 axially displaceably guided and secured against rotation. The upper part 6 of the core drilling unit is provided with reaction surfaces 8 for generating an axially downward feed force.
  • DE-C-37 01 914 For a more detailed configuration of such a core drilling tool, reference can be made to DE-C-37 01 914.
  • the core drilling unit 4 comprises a lower part, which has a core tube 10 driven by the deep hole motor 3 with a core drill bit 11 arranged at its lower end as a core drilling tool, and an inner tube 13, which is freely rotatable in the core tube 10 by means of a bearing device 12, for receiving a drilled core.
  • the core tube 10 With the output shaft 14 of the deep hole motor 3, the core tube 10 is connected at its upper end via a tubular flexible connecting part 15, in its place also a propeller shaft or the like. Connection device can be provided.
  • a guide body 16 is provided with a guide surface 17 for the core tube 10, which defines a guide axis 18 which forms an acute angle 20 with the main axis 19 of the outer housing 1.
  • the guide body 16 in the embodiment according to FIGS. 1 to 3 is designed as an externally cylindrical tubular body and is arranged in a rotationally fixed manner as an installation part in the outer housing 1, for example secured by a feather key, not shown.
  • the guide body as is the case with the guide body 22 of the embodiment according to FIGS. 4 and 5, can be designed as an outside cylindrical tube section and form part of the wall of the outer housing 1.
  • the guide body 16 can be designed as a built-in and retractable into the outer housing 1, only secured in the operating position against rotation in the outer housing 1, so that the possibility of different orientation relative to the outer housing 1 and the exchange of one guide body for another with different angular orientation the guide axis 18, which in a limit case can also run parallel to the main axis 19 of the outer housing 1.
  • the guide body 16 and the guide and anti-rotation device 7 for the upper part 6 of the core drilling unit 4 can be combined to form an assembly which can be pulled open and retracted into the operating position in the outer housing 1, for example via axial spacers (not shown).
  • an as Installation part formed guide body 16 in the outer housing 1 form a part not only secured against twisting, but also against vertical displacement.
  • the guide body 16 or 22 has an inclined cylindrical guide surface 17 formed by a continuous, inclined arranged guide bore and can be provided with an upper funnel-shaped inlet 23 to the guide surface 17.
  • the core drilling unit 4 assumes a position in which the core tube 10 extends into the guide bore of the guide body 16 and receives a corresponding inclination.
  • the core drilling unit 4 is now lowered under guidance along the anti-rotation and guiding device 7 in the outer housing 1 and a core borehole section 26 starting from the sole 24 of a main borehole section is drilled, which has a directional specification corresponding to the angle 20 with respect to the Alignment of the outer housing 1 of the core drilling tool. If the outer casing 1 in the main borehole section 25 is only rotated to change the orientation, several core borehole sections 26 running in different directions can be drilled from one and the same borehole bottom 24 in order to explore the formation environment.
  • a guide mandrel 28 which in turn can be pulled up into an operating position in the outer housing 1 and set down in the outer housing 1 and can be placed in the outer housing 1 by an upper support part 29 which can be inserted into the anti-rotation and guiding device 7 of the outer housing 1 and a mandrel part 30 with a pilot tip 31 projecting downward through the guide body 16.
  • Both Parts 29, 30 are connected by a flexible intermediate connecting part 32, which enables the mandrel part 30 to enter the guide body 16 and to be inclined therein.
  • the outer housing 1 with the main drilling tool 2 is set in rotation from above via the drill pipe string and a main borehole section 25 is drilled along the predrilled core borehole section 26, whereby the core borehole section 26 merges into the subsequent main borehole section 25.
  • the guide mandrel 28 is pulled back and the core drilling unit 4 is deposited in the outer housing 1, after which a new core drilling section 26 can be drilled.
  • a full drilling tool 33 which can be opened and retracted into an operating position in the outer housing 1, can also be placed in the outer housing 1 for the re-drilling of a main borehole section 25, which has an upper, in the operating position with the anti-rotation and guide device 7 of the outer housing 1 in Engaged, tubular support housing part 34 with a deep-hole motor arranged therein and a lower, engaging in the guide body 16 bearing housing part 35, in which a chisel shaft 37 is mounted, which protrudes from the bearing housing part 35 and protrudes from the guide body 16 and the outer housing 1 end a full rotary drilling tool 36 carries.
  • a flexible intermediate housing part 38 is provided between the support housing part 34 and the bearing housing part 35, which enables the bearing housing part 35 to have the inclined orientation shown by the guide body 16.
  • the solid drilling tool 36 can be handled via a safety device 39 at the upper end of the support part 34 and can have any suitable solid rotary drill bit 36 which is used for one receives lateral guidance in the predrilled core borehole section 26, but on the other hand also enables the core borehole section 26 to be re-drilled.
  • the guide body 22 is designed as a tubular component of the wall of the outer housing 1.
  • the outer housing 1 comprises an anti-rotation section 40 and a guide section 41.
  • the upper part 6 of the core drilling unit 4 comprises a tubular housing 42, which is open at the top and is made of antimagnetic material Operational position with the rotation lock section 40 of the two-part rotation lock and guide device 40, 41 is engaged and is designed as a receptacle for a removable orientation control device 43.
  • the orientation control device 43 can be pulled up and retracted separately by means of a cable 44.
  • the outer casing 1 In its operating position, it assumes an orientation which is secured against rotation, for example by a feather key, which can be queried from above and which provides information about the orientation of the guide axis 18 of the guide body 22 of the outer housing 1.
  • the outer casing 1 can be rotated from above via the drill pipe string so that the orientation of the guide axis 18 specifies the desired direction for the core drilling unit 4.
  • the housing 42 of the upper part 6 of the core drilling unit 4 continues downwards in a support section, which consists of a bearing part 45, an internal stator 46 of the deep hole motor 3 and a flexible connecting part 47, on the lower pin part 48 of which the inner tube 13 of the core drilling unit 4 is set.
  • the core tube 10 is connected via a tubular flexible intermediate part 49 to the rotor 50 of the deep-hole motor 3, which is freely rotatably supported by a tubular upper extension 51 via a bearing device 52 on the bearing part 45.
  • the directional drilling method which can be carried out with the core drilling tool according to FIGS. 4 and 5 corresponds to that described in connection with the core drilling tool according to FIGS. 1 to 3.
  • the orientation control device 43 is pulled up and the core drilling process is carried out.
  • the outer casing 1 with its main drilling tool 2 is then driven downward along the core drilling unit 4 serving as a guide means, driven by the drill pipe string.
  • a separately retractable valve body 53 which can be put into an operating position can be provided in the outer housing 1, which, with relative downward movement of the outer housing 1 to the housing 42 of the upper part 6 of the core drilling unit 4, has the same comes into sealing engagement and blocks the drilling fluid flow through the housing 42. This results in an increase in pressure, which can be measured on the surface and used as an indication that the main drilling tool 2 has reached a predetermined distance from the core drilling tool 11.

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Abstract

Bei dem Verfahren zum Abteufen von Bohrungen in unterir­dische Gesteinformationen unter Gewinnung von Bohrkernen als Gesteinsproben werden abwechselnd nacheinander mit einem Hauptbohrwerkzeug Hauptbohrlochabschnitte von Haupt­bohrlochdurchmesser oder mit einem Kernbohrwerkzeug jeweils von der Sohle eines Hauptbohrlochabschnitts ausgehende Kernbohrlochabschnitte von einem gegenüber dem Hauptbohr­lochdurchmesser verringerten Kernbohrlochdurchmesser er­bohrt. Dabei werden die Kernbohrlochabschnitte unter Rich­tungsvorgabe gebohrt. Das Kernbohrwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens umfaßt ein rohrförmigens Außengehäuse (1), das an seinem oberen Ende mit einem Bohrrohrstrang verbind­bar ist und an seinem unteren Ende eine Bohrkrone (2) als Hauptbohrwerkzeug trägt, und eine aufziehbar im Außengehäuse (1) abgestützte, mit einem Tieflochmotor (3) versehene Kernbohreinheit (4), die einen oberen Teil (6) aufweist, der im Außengehäuse (1) mittels einer Drehsicherungs- und Führungsvorrichtung (7) geführt und gegen Verdrehen ge­sichert sowie mit einer Fangvorrichtung (5) und mit Reak­tionsflächen (8) zur Erzeugung einer axial abwärtsge­richteten Vorschubkraft versehen ist. Die Kernbohreinheit (4) weist ferner einen unteren Teil auf, der mit einem vom Tieflochmotor (3) angetriebenen Kernrohr (10) mit einer am unteren Ende angeordneten Kernbohrkrone (11 ) als Kern­bohrwerkzeug sowie einem im Kernrohr (10) mittels einer Lagervorrichtung (12) frei drehbar angeordneten Innenrohr (13) zur Aufnahme eines erbohrten Kerns versehen ist. Dabei ist im unteren Bereich des Außengehäuses (1) ein Führungs­körper (16;22) vorgesehen, dessen Führungsfläche (17) für das Kernrohr (10) eine Führungsachse definiert, die mit der Hauptachse (19) des Außengehäuses (1) einen spitzen Winkel (20) einschließt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein kern­bohrwerkzeug zum Abteufen von Bohrungen in unterirdische Gesteinsformationen unter Gewinnung von Bohrkernen als Gesteinsproben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 8.
  • Bei bekannten Verfahren dieser Art (US-A-4 518 050, DE-­C-37 01 914), die auf einen optimalen Kerngewinn ausgerich­tet sind, folgen die Hauptbohrlochabschnitte in ihrem Ver­lauf den als Pilotbohrung vorausgebohrten Kernbohrlochab­schnitten, wobei der jeweilige Kernbohrlochabschnitt durch das als Drehbohrkrone ausgebildete Hauptbohrwerkzeug auf den Nenndurchmesser des Hauptbohrwerkzeugs aufgebohrt wird. Hat das Hauptbohrwerkzeug im Zuge dieses Aufbohrens die Sohle des Kernbohrlochabschnitts erreicht, wird das Haupt­bohrwerkzeug stillgesetzt und ein nächster Kernbohrlochab­schnitt unter Kerngewinnung erbohrt, wobei sich die Länge des Kernbohrlochabschnitts nach den Möglichkeiten der je­weils zum Einsatz kommenden Werkzeugkonstruktion richtet und bei einer Ausbildung nach der DE-U-88 10 844 sehr be­trächtlich sein kann.
  • Die Kernbohreinheit ist im Außengehäuse des Kernbohrwerk­zeugs mittels einer Drehsicherungs- und Führungsvorrichtung koaxial geführt mit der Folge, daß beim Bohren eines Kern­ bohrlochabschnitts das Kernrohr der Kernbohreinheit koaxial aus dem Außengehäuse austritt. Das Außengehäuse des Kern­bohrwerkzeugs gibt dementsprechend die Vorschubrichtung für das Kernrohr vor.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Kernbohrwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die ein erweiterter Aufschluß über Boden­formationen durch Gewinnung von Bohrkernen als Gesteins­proben möglich ist.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein Kernbohrwerkzeug gemäß Anspruch 8. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Ansprüche 2 bis 7 und des erfindungsgemäßen Kernbohrwerkzeugs auf die An­sprüche 9 bis 20 verwiesen.
  • Die Erfindung schafft ein Richtkernbohrverfahren und ein Richtkernbohrwerkzeug, durch die einer Kernbohrung ein vorbestimmter Richtungsverlauf vorgegeben werden kann, der gezielt von einem in der Regel annähernd senkrechten Verlauf herkömmlicher Kernbohrungen abweicht. Außer der Vorgabe eines durch Ablenkungen vorbestimmten Verlaufs einer Kernbohrung ist es erfindungsgemäß auch möglich, von einer Sohle eines Hauptbohrlochabschnitts in verschie­dene Richtungen ausgehende Kernbohrlochabschnitte zu er­bohren und dementsprechend eine Mehrzahl von Kernen zu gewinnen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsge­mäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Kernbohrwerk­zeugs, das in mehreren Ausführungen beispielsweise in der Zeichnung schematisch näher veranschaulicht ist. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1 einen abgebrochenen Vertikalschnitt durch das Außengehäuse eines auf der Sohle eines Haupt­bohrlochabschnitts angeordneten Kernbohrwerkzeugs mit in Ausgangsstellung für einen Kernbohrvorgang befindlicher Kernbohreinheit,
    • Fig. 2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 zur Veranschau­lichung des Kernbohrwerkzeugs mit einem in diesem anstelle der Kernbohreinheit angeordneten Führungsdorn,
    • Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 zur Veranschaulichung des Kernbohrwerkzeugs mit einem in diesem anstelle der Kernbohreinheit angeordneten Volldrehbohrwerkzeug,
    • Fig. 4 eine Schnittdarstellung ähnlich Fig. 1 zur Veranschaulichung einer abgewandelten Ausführung eines Kernbohrwerkzeugs nach der Erfindung, und
    • Fig. 5 eine Darstellung des Kernbohrwerkzeugs nach Fig. 4 beim Nachbohren eines Hauptbohrlochab­schnitts unter Führung durch das in einem voraus­gebohrten Kernbohrlochabschnitt befindliche Kernrohr der Kernbohreinheit.
  • Das in Fig. 1 und 2 in vereinfachter Ausführung veranschau­lichte Kernbohrwerkzeug umfaßt im einzelnen ein Außengehäuse 1, das mit seinem nicht näher veranschaulichten oberen Ende mit einem Bohrrohrstrang verbindbar ist und an seinem unteren Ende eine Bohrkrone 2 als Hauptbohrwerkzeug trägt. Ferner umfaßt das Kernbohrwerkzeug eine im Außengehäuse 1 abgestützte, mit einem Tieflochmotor 3 versehene Kernbohr­einheit 4, die als Ganzes mittels eines Seils 5 aufzieh­und einfahrbar ist und einen oberen Teil 6 aufweist, der im Außengehäuse 1 mittels einer von einem axialen Vielkeil­profilteil gebildeten Drehsicherungs- und Führungsvorrich­tung 7 axial verschiebbar geführt und gegen Verdrehen ge­sichert ist. Dabei ist der obere Teil 6 der Kernbohreinheit mit Reaktionsflächen 8 zur Erzeugung einer axial abwärts gerichteten Vorschubkraft versehen. Für die nähere Ausge­staltung eines derartigen Kernbohrwerkzeugs kann auf die DE-C-37 01 914 verwiesen werden.
  • Die Kernbohreinheit 4 umfaßt einen unteren Teil, der ein vom Tieflochmotor 3 angetriebenes Kernrohr 10 mit einer an dessen unteren Ende angeordneten Kernbohrkrone 11 als Kernbohrwerkzeug sowie ein im Kernrohr 10 mittels einer Lagervorrichtung 12 frei drehbar angeordnetes Innenrohr 13 zur Aufnahme eines erbohrten Kerns aufweist. Mit der Abtriebswelle 14 des Tieflochmotors 3 ist das Kernrohr 10 an seinem oberen Ende über ein rohrförmiges flexibles Verbindungsteil 15 verbunden, an dessen Stelle auch eine Gelenkwelle od.dgl. Verbindungsvorrichtung vorgesehen werden kann.
  • Im unteren Bereich des Außengehäuses 1 ist ein Führungskör­per 16 mit einer Führungsfläche 17 für das Kernrohr 10 vorgesehen, die eine Führungsachse 18 definiert, die mit der Hauptachse 19 des Außengehäuses 1 einen spitzen Winkel 20 einschließt. Der Führungskörper 16 ist bei der Ausführung nach den Fig. 1 bis 3 als außenseitigzylindrischer Rohrkör­per ausgebildet und als Einbauteil im Außengehäuse 1 ver­drehfest angeordnet, z.B. mittels einer nicht dargestellten Paßfeder gesichert. Statt dessen kann der Führungskörper, wie das bei dem Führungskörper 22 der Ausführung nach Fig. 4 und 5 der Fall ist, als außenseitigzylindrischer Rohrab­schnitt ausgeführt sein und Bestandteil der Wandung des Außengehäuses 1 bilden. Der Führungskörper 16 kann als aufzieh- und in das Außengehäuse 1 einfahrbarer, lediglich in Betriebsstellung gegen Verdrehen im Außengehäuse 1 ge­sicherter Einbauteil ausgebildet sein, so daß die Möglich­keit zu einer unterschiedlichen Orientierung relativ zum Außengehäuse 1 und zum Austausch eines Führungskörpers gegen einen anderen mit unterschiedlicher Winkelausrichtung der Führungsachse 18, die in Grenzfall auch parallel zur Hauptachse 19 des Außengehäuses 1 verlaufen kann, gegeben ist. Dabei können der Führungskörper 16 und die Führungs­und Drehsicherungsvorrichtung 7 für den oberen Teil 6 der Kernbohreinheit 4 zu einer aufzieh- und in die Betriebs­stellung im Außengehäuse 1 einfahrbaren Baueinheit zusam­mengefaßt sein, z.B. über nicht näher veranschaulichte axiale Distanzstücke. In der Regel wird jedoch ein als Einbauteil ausgebildeter Führungskörper 16 im Außengehäuse 1 ein nicht nur gegen Verdrehen, sondern auch gegen verti­kale Verlagerungen gesichertes Teil bilden.
  • Der Führungskörper 16 bzw. 22 weist eine geneigt zylin­drische, von einer durchgehenden, geneigt angeordneten Führungsbohrung gebildete Führungsfläche 17 auf und kann mit einem oberen trichterförmigen Einlauf 23 zur Führungs­fläche 17 versehen sein.
  • Die Kernbohreinheit 4 nimmt, wie das Fig. 1 veranschaulicht, in ihrer Ausgangsstellung eine Lage ein, in der sich das Kernrohr 10 in die Führungsbohrung des Führungskörpers 16 hineinerstreckt und eine entsprechende Schrägneigung erhält. Zum Bohren eines Kernbohrlochabschnitts wird aus­gehend von der Stellung nach Fig. 1 nunmehr die Kernbohrein­heit 4 unter Führung entlang der Drehsicherungsund Führungs­vorrichtung 7 im Außengehäuse 1 abgesenkt und ein von der Sohle 24 eines Hauptbohrlochabschnitts ausgehender Kernbohr­lochabschnitt 26 erbohrt, der eine dem Winkel 20 entsprech­ende Richtungsvorgabe gegenüber der Ausrichtung des Außen­gehäuses 1 des Kernbohrwerkzeugs hat. Bei lediglich zur Orientationsänderung verdrehter Stellung des Außengehäuses 1 im Hauptbohrlochabschnitt 25 können von ein und derselben Bohrlochsohle 24 aus mehrere, in unterschiedliche Richtungen verlaufende Kernbohrlochabschnitte 26 erbohrt werden, um das Formationsumfeld zu erkunden.
  • Im Anschluß an das Bohren eines Kernbohrlochabschnitts 26 unter Gewinnung eines Kerns im Innenrohr 13 wird die Kernbohreinheit 4 am Seil 5 aufgezogen und der Kern ober­tägig entnommen. Zum Nachbohren des Hauptbohrlochabschnitts 25 entlang dem vorausgebohrten Kernbohrlochabschnitt 26 kann nun ein seinerseits mittels eines Seils 27 aufzieh­und in eine Betriebsstellung im Außengehäuse 1 einfahrbarer Führungsdorn 28 im Außengehäuse 1 abgesetzt werden, der einen oberen, in die Drehsicherungs und Führungsvorrichtung 7 des Außengehäuses 1 einsetzbaren Stützteil 29 sowie einen durch den Führungskörper 16 hindurch abwärts vor­stehenden Dornteil 30 mit Pilotspitze 31 aufweist. Beide Teile 29,30 sind dabei durch einen flexiblen Zwischenverbin­dungsteil 32 verbunden, der dem Dornteil 30 den Eintritt in den Führungskörper 16 und die schräg geneigte Ausrichtung in diesem ermöglicht. Nach Einführen des Führungsdorns 28 in seine in Fig. 2 veranschaulichte Betriebsstellung, in der er gegen Verdrehen gesichert ist, wird das Außenge­häuse 1 mit Hauptbohrwerkzeug 2 über den Bohrrohrstrang von Übertage her in Umdrehung versetzt und ein Hauptbohr­lochabschnitt 25 entlang dem vorausgebohrten Kernbohrloch­abschnitt 26 gebohrt, wobei der Kernbohrlochabschnitt 26 in dem nachfolgenden Hauptbohrlochabschnitt 25 aufgeht. Sobald der Hauptbohrlochabschnitt 25 fertiggebohrt ist, wird der Führungsdorn 28 wieder aufgezogen und im Außenge­häuse 1 die Kernbohreinheit 4 abgesetzt, wonach ein er­neuter Kernbohrabschnitt 26 erbohrt werden kann. Durch Verdrehen des Außengehäuses 1 bei Vorliegen einer ge­wünschten Ausrichtung der Achse 18 des Führungskörpers 16 bzw. 22 wird die Richtung des nachfolgend zu erbohrenden Kernbohrlochabschnitts vorgegeben.
  • Anstelle der Verwendung eines Führungsdorns 28 kann für das Nachbohren eines Hauptbohrlochabschnitts 25 auch ein aufzieh- und in eine Betriebstellung im Außengehäuse 1 einfahrbares Vollbohrwerkzeug 33 im Außengehäuse 1 abgesetzt werden, das einen oberen, in Betriebsstellung mit der Dreh­sicherungs- und Führungsvorrichtung 7 des Außengehäuses 1 in Eingriff stehenden, rohrförmigen Stützgehäuseteil 34 mit darin angeordnetem Tieflochmotor sowie einen unteren, in den Führungskörper 16 eingreifenden Lagergehäuseteil 35 umfaßt, in dem eine Meißelwelle 37 gelagert ist, die auf ihrem aus dem Lagergehäuseteil 35 vorstehenden und aus dem Führungskörper 16 sowie dem Außengehäuse 1 vorsprin­genden Ende ein Volldrehbohrwerkzeug 36 trägt. Dabei ist zwischen dem Stützgehäuseteil 34 und dem Lagergehäuseteil 35 ein flexibler Zwischengehäuseteil 38 vorgesehen, der dem Lagergehäuseteil 35 die dargestellte schräggeneigte Ausrichtung durch den Führungskörper 16 ermöglicht. Das Vollbohrwerkzeug 36 ist über eine Fangvorrichtung 39 am oberen Ende des Stützteils 34 handhabbar und kann irgend­einen geeigneten Volldrehbohrmeißel 36 aufweisen, der zum einen eine seitliche Führung im vorgebohrten Kernbohrlochab­schnitt 26 erhält, zum anderen jedoch auch ein Nachbohren des Kernbohrlochabschnitts 26 ermöglicht.
  • Die Ausführung nach Fig. 4 und 5 entspricht prinzipiell der nach Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß der Führungskörper 22 als rohrförmiger Bestandteil der Wandung des Außengehäuses 1 ausgebildet ist. Anstelle einer einheit­lichen Drehsicherungs- und Führungsvorrichtung 7 ist eine zweigeteilte Ausführung vorgesehen, und das Außengehäuse 1 umfaßt einen Drehsicherungsabschnitt 40 und einen Führungsabschnitt 41. Der obere Teil 6 der Kern­bohreinheit 4 umfaßt ein oben offenes, aus antimagnetischem Material bestehendes rohrförmiges Gehäuse 42, das in seiner Betriebsstellung mit dem Drehsicherungsabschnitt 40 der zweigeteilten Drehsicherungs und Führungsvorrichtung 40,41 in Eingriff steht und als Aufnahme für ein absetzbares Orientierungssteuergerät 43 ausgebildet ist. Das Orientie­rungssteuergerät 43 ist dabei mittels eines Seils 44 geson­dert aufzieh- und einfahrbar. In seiner Betriebsstellung nimmt es innerhalb des Gehäuses 42 eine beispielsweise durch eine Paßfeder verdrehgesicherte Ausrichtung ein, die von übertage her abgefragt werden kann und Aufschluß über die Ausrichtung der Führungsachse 18 des Führungskör­pers 22 des Außengehäuses 1 vermittelt. Auf diese Weise kann von übertage her über den Bohrrohrstrang das Außenge­häuse 1 so verdreht werden, daß die Ausrichtung der Führungsachse 18 die gewünschte Richtung für das Kernbohr­einheit 4 vorgibt. Das Gehäuse 42 des oberen Teils 6 der Kernbohreinheit 4 setzt sich nach unten hin in einem Träger­abschnitt fort, der aus einem Lagerteil 45, einem innenlie­genden Stator 46 des Tieflochmotors 3 und einem flexiblen Verbindungsteil 47 besteht, auf dessen unteren Zapfenteil 48 das Innenrohr 13 der Kernbohreinheit 4 festgelegt ist. Das Kernrohr 10 ist über einen rohrförmigen flexiblen Zwischenteil 49 mit dem Rotor 50 des Tieflochmotors 3 ver­bunden, der mit einer rohrförmigen oberen Verlängerung 51 über eine Lagervorrichtung 52 auf dem Lagerteil 45 frei drehbar gelagert ist.
  • Das mit dem Kernbohrwerkzeug nach Fig. 4 und 5 durchführbare Richtbohrverfahren entspricht dem, wie es in Verbindung mit dem Kernbohrwerkzeug nach Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde. Nachdem durch Verdrehen und Festsetzen von Übertage her dem Außengehäuse 1 eine für die Richtung des zu bohren­den Kernbohrlochabschnitts 26 entsprechende Ausrichtung erteilt wurde, wird das Orientierungssteuergerät 43 aufge­zogen und der Kernbohrvorgang durchgeführt. Zum Nachbohren eines Hauptbohrlochabschnitts 25 wird dann entlang der als Führungsmittel dienenden Kernbohreinheit 4 das Außenge­häuse 1 mit seinem Hauptbohrwerkzeug 2 unter Antrieb durch den Bohrrohrstrang abwärts vorgetrieben. Damit das Kernbohr­werkzeug 11 durch das Hauptbohrwerkzeug 2 nicht versehent­lich überbohrt wird, kann im Außengehäuse 1 ein gesondert aufzieh- und in eine Betriebsstellung absetzbarer Ventilkör­per 53 vorgesehen sein, der bei relativer Abwärtsbewegung des Außengehäuses 1 zum Gehäuse 42 des oberen Teils 6 der Kernbohreinheit 4 mit diesem in Dichtungseingriff gelangt und den Bohrspülungsstrom durch das Gehäuse 42 sperrt. Dadurch tritt eine Druckerhöhung ein, die obertägig gemessen und als Anzeichen dafür verwendet werden kann, daß das Hauptbohrwerkzeug 2 einen vorgegebenen Abstand zum Kernbohr­werkzeug 11 erreicht hat.

Claims (20)

1. Verfahren zum Abteufen von Bohrungen in unterirdische Gesteinsformationen unter Gewinnung von Bohrkernen als Gesteinsproben, bei dem abwechselnd nacheinander mit einem Hauptbohrwerkzeug Hauptbohrlochabschnitte von Hauptbohrloch­durchmesser oder mit einem Kernbohrwerkzeug jeweils von der Sohle eines Hauptbohrlochabschnitts ausgehende Kernbohr­lochabschnitte von einem gegenüber dem Hauptbohrlochdurch­messer verringerten Kernbohrlochdurchmesser erbohrt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernbohrlochabschnitte unter Richtungsvorgabe gebohrt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere von der Sohle eines Hauptbohrlochabschnitts ausgehende Kernbohrlochabschnitte mit unterschiedlicher Richtungsvorgabe gebohrt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß zum Richtkernbohren dem Kernbohrwerkzeug im Bereich des Hauptbohrwerkzeugs eine winklige Ablenkung aufgeprägt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einem richtungsgebohrten Kernbohr­lochabschnitt nachfolgende Hauptbohrlochabschnitt unter Führung in und entlang dem Kernbohrlochabschnitt gebohrt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Hauptbohrwerkzeugs entlang dem Kernbohr­lochabschnitt ein anstelle der Kernbohreinheit in das Haupt­bohrwerkzeug eingesetzter Führungsdorn verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Hauptbohrwerkzeugs entlang dem Kernbohr­lochabschnitt ein anstelle der Kernbohreinheit in das Haupt­bohrwerkzeug eingesetzter Volldrehbohrmeißel, insbesondere Rollenmeißel, verwendet wird, der der Drehbohrkrone des Hauptbohrwerkzeugs vorausläuft.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Hauptbohrwerkzeugs entlang dem Kernbohr­lochabschnitt das im Kernbohrlochabschnitt verbleibende Kernrohr der Kernbohreinheit verwendet wird.
8. Kernbohrwerkzeug zum Abteufen von Bohrungen in unter­irdische Gesteinsformationen unter Gewinnung von Bohrkernen als Gesteinsproben, insbesondere zur Durchführung des Ver­fahrens nach Anspruch 1, mit einem rohrförmigen Außengehäu­se (1), das an seinem oberen Ende mit einem Bohrrohrstrang verbindbar ist und an seinem unteren Ende eine Bohrkrone (2) als Hauptbohrwerkzeug trägt, und einer aufziehbar im Außengehäuse (1) abgestützten, mit einem Tieflochmotor (3) versehenen Kernbohreinheit (4), die als Ganzes aufzieh­bar ist und einen oberen Teil (6) aufweist, der im Außenge­häuse (1) mittels einer Drehsicherungs- und Führungsvor­richtung (7) geführt und gegen Verdrehen gesichert sowie mit einer Fangvorrichtung (5) und mit Reaktionsflächen (8) zur Erzeugung einer axial abwärtsgerichteten Vorschub­kraft versehen ist, sowie einen unteren Teil umfaßt, der ein vom Tieflochmotor (3) angetriebenes Kernrohr (10) mit einer am unteren Ende angeordneten Kernbohrkrone (11) als Kernbohrwerkzeug sowie ein im Kernrohr (10) mittels einer Lagervorrichtung (12) frei drehbar angeordnetes Innenrohr (13) zur Aufnahme eines erbohrten Kerns aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des Außengehäuses (1) ein Führungskörper (16;22) vorgesehen ist, dessen Führungsfläche (17) für das Kernrohr (10) eine Führungsachse definiert, die mit der Hauptachse (19) des Außengehäuses (1) einen spitzen Winkel (20) einschließt.
9. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­net, daß der Führungskörper (16) als außen zylindrischer Rohrkörper ausgebildet und als Einbauteil im Außengehäuse (1) verdrehfest angeordnet ist.
10. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­net, daß der Führungskörper (22) als außen zylindrischer Rohrkörper ausgeführt ist und Bestandteil der Wandung des Außengehäuses (1) ist.
11. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Führungskörper (16) als aufzieh- und in das Außengehäuse (1) einfahrbare, lediglich in Betriebs­stellung gegen Verdrehen im Außengehäuse (1) gesicherte Baueinheit ausgebildet ist.
12. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­net, daß der Führungskörper (16) und die Führungs- und Drehsicherungsvorrichtung (7) für den oberen Teil (6) der Kernbohreinheit (4) zu einer aufzieh- und in die Betriebs­stellung im Außengehäuse (1) einfahrbaren Baueinheit zusam­mengefaßt sind.
13. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (16;22) eine geneigt angeordnete, durchgehende Führungsbohrung mit zylindrischer Führungsfläche (17) aufweist.
14. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­net, daß der Führungskörper einen trichterförmigen oberen Einlauf zur Führungsfläche (17) aufweist.
15. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein aufzieh- und in eine Be­triebsstellung im Außengehäuse (1) einfahrbarer Führungsdorn (28) vorgesehen ist, der einen oberen, in der Drehsiche­ rungs- und Führungsvorrichtung (7) des Außengehäuses (1) einsetzbaren oberen Stützteil (29) sowie einen durch den Führungskörper (16) hindurch abwärts vorstehenden Dornteil (30) mit Pilotspitze (31) aufweist, der mit dem Stützteil (29) durch einen flexiblen Zwischenverbindungsteil (32) verbunden ist.
16. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein aufzieh- und in eine Be­triebsstellung im Außengehäuse (1) einfahrbares Vollbohr­werkzeug (33) vorgesehen ist, das einen oberen, in Betriebs­stellung mit der Drehsicherungs- und Führungsvorrichtung (7) des Außengehäuses (1) in Eingriff stehenden, rohrför­migen Stützgehäuseteil mit Tieflochmotor sowie einen unte­ren, in den Führungskörper eingreifenden Lagergehäuseteil (35) für eine auf ihrem Ende das aus dem Führungskörper (16) vorstehende Volldrehbohrwerkzeug (36) tragende Meißel­welle (37) umfaßt, wobei zwischen dem Stützgehäuseteil (34) und dem Lagergehäuseteil (35) ein flexibler Zwischenge­häuseteil (38) vorgesehen ist.
17. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (6) der Kernbohr­einheit (4) ein aus antimagnetischem Material bestehendes oben offenes Gehäuse 42 aufweist, das in Betriebsstellung mit dem Drehsicherungsabschnitt (40) der zweigeteilten Drehsicherungs- und Führungsvorrichtung (40,41) in Eingriff steht und als Aufnahme für ein gesondert aufzieh- und ein­fahrbares Orientierungssteuergerät (43) ausgebildet ist.
18. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­net, daß auf einem unteren Bereich (45) des oberen Teils (6) der Kernbohreinheit (4) ein den Rotor (50) des Tiefloch­motors (3) abstützender Rohrteil (51) drehbar gelagert ist und der Stator (46) des Tieflochmotors (3) über das Gehäuse (42) des Oberteils (6) der Kernbohreinheit (4) gegen Verdrehen im Außengehäuse (1) gesichert ist.
19. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­net, daß der Rohrteil (51) ein flexibles Zwischenrohrteil (49) mit dem Kernrohr (10) der Kernbohreinheit (4) und der Stator (46) des Tieflochmotors (3) über einen flexiblen Verbindungsteil (47) mit dem Innenrohr (13) der Kernbohrein­heit (4) verbunden ist.
20. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein gesondert aufzieh- und im Außengehäuse (1) absetzbarer Ventilkörper (53) vorgesehen ist, der in seiner Betriebsstellung im Außengehäuse (1) ortsfest abgestützt ist und bei Erreichen eines vorgegebenen Abstandes des Hauptbohrwerkzeugs (2) zum Kernbohrwerkzeug (11) während eines durch die Kernbohreinheit (4) geführten Nachbohrens eines Hauptbohrlochabschnitts (25) den Bohr­spülungsdurchlaß durch die Kernbohreinheit (4) ganz oder teilweise absperrt.
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