EP0958446B1

EP0958446B1 - Method and device for driving bore-holes, specially for prospection and extraction drillings

Info

Publication number: EP0958446B1
Application number: EP97951093A
Authority: EP
Inventors: Fritz Tibussek; Hermann-Josef Von Wirth
Original assignee: Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
Current assignee: Mhwirth GmbH
Priority date: 1997-01-28
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 2003-04-16
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: ZA98657B; JP2000511250A; WO1998032951A2; DE59709874D1; EP0958446A2; AU5476898A; AU716089B2; JP3302700B2; KR100325792B1; HK1021011A1; US6484820B1; KR20000070517A; DE19702983C1; WO1998032951A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Niederbringen von Bohrlöchern, insbesondere für Schürf- und Gewinnungsbohrungen.The invention relates to a method and a device for drilling wells, in particular for prospecting and prospecting drilling.

Schürfbohrungen werden zum Zwecke der Untersuchung von Lagerstätten vorgenommen und sollen eine Probennahme des in der Lagerstätte vorhandenen Materials ermöglichen. Schürfbohrungen werden inbesondere dann niedergebracht, wenn die Lagerstätte in größerer Teufe ansteht und/oder über der Lagerstätte befindliche Gewässer wie Seen oder Meere das Abteufen von Schürfschächten nicht zulassen.Digging holes are used for the purpose of investigation made from deposits and are supposed to take a sample of the material available in the deposit. In particular, digging holes are drilled if the deposit is at greater depth and / or Waters such as lakes or above the deposit Do not allow oceans to sink mines.

Gewinnungsbohrungen dienen dem Herauslösen des Lagerstätteninhaltes aus Bodenschichten. Beispielhaft für Gewinnungsbohrungen sei der Abbau von auf dem Meeresboden lagernden marinen Sedimenten mit Diamanteinschlüssen erläutert. Extraction wells serve to extract the content of the deposit from soil layers. Exemplary for extraction drilling be the mining of on the ocean floor stored marine sediments with diamond inclusions explained.

Die Diamanten enthaltenden Ablagerungen haben sich meist vor Flußmündungen in Gestalt nicht allzu mächtiger, auf felsigem Grund ausgebreiter Schichten gebildet. Zum Abbauen des diamanthaltigen Sedimentmaterials werden Vorrichtungen eingesetzt, die von Schiffen aus an einem verlängerbaren Bohrstrang bis zum Meeresboden abgesenkt werden. Derartige Vorrichtungen können Bohrköpfe aufweisen, die für Bohrungsdurchmesser größeren Durchmessers ausgelegt sind. Es wird eine Vielzahl von derartigen Bohrungen dicht bei dicht nebeneinander gelegt, um die Gesamtheit des diamanthaltigen Materials möglichst weitgehend ausbeuten zu können.The deposits containing diamonds have become mostly in front of estuaries in the form of not too powerful, layers spread out on rocky ground. To the Mining the diamond-containing sediment material becomes devices used by ships on an extendable Drill string lowered to the ocean floor. Such devices can have drill heads, designed for larger diameter bores are. There will be a variety of such holes placed close to each other to the entirety exploit the diamond-containing material as much as possible to be able to.

Beim Auftreffen des an einem Gestänge unter Umständen großer Länge befestigten Bohrkopfes tritt das Problem auf, daß der Bohrkopf des Bohrwerkzeugs an der Stelle des Meeresgrundes, an der die Bohrung niedergebracht werden soll, nicht sogleich eindringt, sondern die Tendenz hat, seitlich auszuweichen und spiralig im Kreise herumzuwandern, besonders wenn der Boden auch nur leicht schräg ist.Under certain circumstances when hitting the rod long length attached drill head the problem occurs that the drill head of the drilling tool at the location of the seabed, where the hole is to be drilled, does not immediately penetrate, but tends to move sideways dodge and spiral around in circles, especially if the floor is even slightly sloping.

Um dieses seitliche Ausbrechen des Bohrkopfes zu verhindern, ist es bereits bekannt, unterhalb des Bohrkopfes eine zentrierende Führungsspitze anzuordnen, die unter der in Wirkrichtung des Bohrkopfes wirkenden Bohrkraft in die Oberfläche der Sedimentschicht eindringt und insbesondere in der Anfangsphase der Bohrung eine Führung ergibt, die ein seitliches Ausbrechen des Bohrkopfes zu Beginn des Bohrvorganges, das heißt wenn der Bohrkopf an sich noch keine seitliche Führung durch Bohrungswandungen erfährt, verhindert.To break this bit out laterally prevent, it is already known below the drill head to arrange a centering guide tip that under the drilling force acting in the direction of action of the drill head penetrates into the surface of the sediment layer and a guide especially in the initial phase of drilling results in a lateral breakout of the drill head Start of drilling, i.e. when the drill head is on no lateral guidance through bore walls experiences, prevents.

Wenn der Bohrkopf die Sedimentschicht fast durchdrungen hat, trifft zunächst die voreilende Führungsspitze auf den darunter befindlichen, meist felsigen Grund, in den sie nicht oder nur sehr langsam und unter hohem Verschleiß eindringen kann. Der Bohrkopf kann dann nicht weiter in die Sedimentschicht eindringen.When the drill head almost penetrates the sediment layer first, the leading management team meets the underlying, mostly rocky bottom, in the they do not or only very slowly and with high wear can penetrate. The drill head can then no longer in penetrate the sediment layer.

Da die Wirtschaftlichkeit des Gewinnungsverfahrens auf der raschen Niederbringung einer großen Anzahl nebeneinanderliegender Bohrungen basiert, wird der jeweilige Bohrvorgang bislang beim Auftreffen der Führungsspitze auf den unter dem Sediment liegenden Grund stark verzögert und damit unwirtschaftlich.Because the profitability of the extraction process on the rapid bringing down of a large number of side by side Bores based, the respective So far drilling process when the guide tip hits greatly delayed the bottom of the sediment and therefore uneconomical.

Aus der US-PS 3,277,972 ist eine Vorrichtung bekannt, bei welcher der Bohrkopf beim Eindringen in eine weiche Sedimentschicht niedergebracht wird. Der Bohrkopf ist gegenüber dem Gehäuse in Bohrstrangrichtung verlagerbar angeordnet, so daß er unabhängig von dem Gehäuse niederbringbar ist, sobald das stirnseitige Ende des Gehäuses auf eine Hartgesteinsschicht auftrifft.A device is known from US Pat. No. 3,277,972, where the drill head penetrates a soft one Sediment layer is brought down. The drill head is can be moved relative to the housing in the direction of the drill string arranged so that it can be brought down independently of the housing is once the front end of the case strikes a hard rock layer.

Aus der AT-PS 379 863 ist ein Bohrgestänge bekannt, welches zur Führung in dem Bohrloch eine das Bohrgestänge partiell radial umgebende Führungshülse umfaßt, deren Außendurchmesser etwa demjenigen des voreilenden Bohrkopfes entspricht.A drill pipe is known from AT-PS 379 863, which is used to guide the drill pipe in the drill pipe partially radially surrounding guide sleeve, whose Outside diameter about that of the leading drill head equivalent.

Aus der US-PS 3,729,057 ist eine zweiteilige Bohrkopfanordnung bekannt, die entlang eines Bohrstranges auf und ab bewegbar ist. Die Bohrkopfanordnung umfaßt eine Bohrspitze, welche an einer am unteren Ende des Bohrkopfes angeordneten Platte befestigt ist. Letztere ist um eine quer zur Längsrichtung des Bohrstranges verlaufende Achse schwenkbar gelagert, derart, daß der Bohrkopf relativ zum Bohrstrang unter Fortschwenken der Platte nach oben verlagerbar ist.A two-part drill head arrangement is known from US Pat. No. 3,729,057 known along a drill string and is movable from. The drill head assembly includes one Drill tip, which at one at the lower end of the drill head arranged plate is attached. The latter is one Axis running transversely to the longitudinal direction of the drill string pivoted, such that the drill head relative to Drill string can be moved upwards by swiveling the plate is.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Niederbringen von Bohrlöchern, insbesondere für Schürf- und Gewinnungsbohrungen der beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, daß eine Lagerstätte durch weniger harte Gesteinsschichten hindurch bis unmittelbar auf ein darunter befindliches, meist felsiges Grundgestein hinab abgebaut werden kann, ohne daß in diesem Fall das Verfahren unwirtschaftlich wird. Des weiteren soll sich die Vorrichtung durch eine Anpaßbarkeit an die unterschiedlichsten Bohrbedingungen und -tiefen auszeichnen und einen möglichst geringen Herstellungsaufwand erfordern. It is the object of the invention, a method and a device for bringing down boreholes, in particular for prospecting and extraction drilling of the described Art to develop in such a way that a deposit through less hard rock layers up to directly onto a mostly rocky one underneath Bedrock can be mined down without this If the procedure becomes uneconomical. Furthermore the device should be adaptable to the different drilling conditions and depths and require the lowest possible manufacturing effort.

Diese Aufgabe wird in ihrem verfahrensmäßigen Aspekt durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.This task is in its procedural aspect solved by the subject matter of claim 1.

Erfindungsgemäß wird dazu ein Bohrstrang, der an seinem dem abzutragenden Boden zugewandten Ende eine in Längsrichtung des Bohrstranges fixierte Führungsspitze aufweist, an die Stelle, an der die Bohrung niedergebracht werden soll, aufgesetzt. Die Führungsspitze dringt hierbei regelmäßig zumindest um einen geringen Betrag in die Sedimentschicht ein. Anschließend wird ein an seiner dem Boden zugewandten Seite zumindest ein Schneidelement aufweisender Bohrkopf, der in Längsrichtung des Bohrstranges zwischen einer oberen Position, in der die Führungsspitze das mindestens eine Schneidelement überragt, und einer unteren Position, in der das mindestens eine Schneidelement sich auf gleicher Höhe mit dem Ende der Führungsspitze befindet oder dieses in Wirkrichtung überragt, verlagerbar ist, aus seiner während des Absetzens des Bohrstranges eingenommenen oberen Position in seine untere Position verlagert. Da die Führungsspitze um einen gewissen Betrag in die Sedimentschicht eingedrungen ist, erzeugt das mindestens eine Schneidelement des Bohrkopfes in der Sedimentschicht einen den Bohrkopf seitlich führenden Bohrungsansatz, bevor der Führungsspitze eine geringer werdende seitlich den Bohrkopf führende Wirkung zukommt. Beim weiteren Eindringen des Bohrkopfes in die Sedimentschicht befindet sich somit das mindestens eine Schneidwerkzeug auf einer Ebene mit dem Ende der Führungsspitze oder eilt dieser sogar vor, so daß Bohrungen bis auf das unter der Sedimentschicht befindliche Gestein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos möglich sind. Da die Führungsspitze in der Regel bei dem Bohrvorgang nicht in die unter der Sedimentschicht befindlichen Gesteinsschicht eindringen muß, ist deren Verschleiß erheblich verringert.According to the invention, a drill string is used its end facing the soil to be removed one in Guide tip fixed in the longitudinal direction of the drill string has, at the point where the hole is drilled should be put on. The top management penetrates here regularly into the sediment layer at least by a small amount on. Then one at its the Floor facing side having at least one cutting element Drill head running in the longitudinal direction of the drill string between an upper position in which the leading tip that projects beyond at least one cutting element, and one lower position in which the at least one cutting element itself at the same level as the end of the top located or protrudes in the direction of action, relocatable is out of it during settling of the drill string assumed upper position in its lower Position shifted. Because the top management by a certain amount Amount penetrated into the sediment layer the at least one cutting element of the drill head in the sediment layer leads the drill head laterally Bore approach before the guide tip is less effect laterally leading the drill head. If the drill head penetrates further into the sediment layer the at least one cutting tool is thus located on one level with the end of the leadership or even hurries ahead, so that holes except for the rock under the sediment layer after the The inventive method are possible without any problems. There the guide tip usually does not during the drilling process into the rock layer under the sediment layer must penetrate, their wear is considerable reduced.

Bei einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während des Bohrvorganges der Bohrstrang um seine Längsachse in Rotation versetzt und hierdurch sowohl der drehfest an dem Bohrstrang gelagerte Bohrkopf als auch die ebenfalls drehfest an dem Bohrstrang angeordnete Führungsspitze in Rotation versetzt. Bei dieser Variante des Verfahrens findet demnach ein "Einbohren" der Führungsspitze in die Sedimentschicht statt.In a first variant of the method according to the invention the drill string turns around during the drilling process its longitudinal axis rotated and thereby both the drill head mounted non-rotatably on the drill string as well the guide tip also arranged in a rotationally fixed manner on the drill string set in rotation. In this variant of the According to the procedure, the "leadership" is "drilled in" into the sediment layer instead.

Es kann jedoch ebenfalls vorteilhaft sein, gemäß Anspruch 3 den Bohrstrang anzutreiben und das Drehmoment auf den drehfest gelagerten Bohrkopf, nicht dagegen auf die um die Längsachse des Bohrstranges drehbar gelagerte Führungsspitze zu übertragen. Hierdurch wird bewirkt, daß sich die Führungsspitze in dem Sediment nicht dreht. Zwar findet hierdurch kein "Einbohren" der Führungsspitze in die Sedimentschicht statt, es hat sich jedoch gezeigt, daß in einer Vielzahl von Fällen eine ausreichende Führungsfunktion der Führungsspitze gewährleistet ist, wenn diese ausschließlich durch die auf ihr lastende Gewichtskraft über eine geringe Länge in die Sedimentschicht eingedrückt wird. Da keine Relativbewegung zwischen der Sedimentschicht und der Führungsspitze stattfindet, unterliegt die Führungsspitze einem im Vergleich zur zuvor genannten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens geringeren Verschleiß.However, it can also be advantageous according to Claim 3 to drive the drill string and the torque on the rotatably mounted drill head, not against it which is rotatably mounted about the longitudinal axis of the drill string Transfer leadership. This will cause the leading tip in the sediment does not turn. Though does not find any "drilling" of the guide tip into the sediment layer takes place, but it has been shown that sufficient management function in a large number of cases the top management is guaranteed if this exclusively due to the weight load on it pressed into the sediment layer over a short length becomes. Because there is no relative movement between the sediment layer and the top management takes place, is subject to Leadership one compared to the aforementioned Variant of the method according to the invention less wear.

Besonders vorteilhaft ist die Weiterbildung des Verfahrens gemäß Anspruch 4, bei dem der Bohrstrang drehfest gelagert ist und der Bohrkopf gegenüber der Längsachse des Bohrstranges in Rotation versetzt wird, da durch diese Maßnahme die üblicherweise an dem dem Bohrkopf gegenüberliegenden Ende des Bohrstranges angeordnete Antriebseinrichtung sowie gegebenenfalls aufwendige Drehdurchführungen eingespart werden. Hierbei ist es möglich, die Führungsspitze drehfest an dem Bohrstrang anzuordnen.The further development of the method is particularly advantageous according to claim 4, wherein the drill string is rotationally fixed is stored and the drill head relative to the longitudinal axis of the Drill string is set in rotation because of this Measure the usually on the opposite of the drill head Drive device arranged at the end of the drill string and, if necessary, complex rotary unions be saved. Here it is possible to lead the top to be arranged in a rotationally fixed manner on the drill string.

Es kann jedoch bei relativ hartem Sedimentboden von Vorteil sein, die Führungsspitze um die Längsachse des Bohrstranges drehbar zu lagern und zusammen mit dem Bohrkopf in Rotation um ihre Längsachse zu versetzen, da hierdurch die Möglichkeit eines "Einbohrens" der Führungsspitze in den Sedimentboden zur Erhöhung der anfänglichen Führungswirkung ermöglicht wird.However, it can occur in the case of relatively hard sediment soils Be an advantage, the guide tip around the longitudinal axis of the Drill string rotatably and together with the drill head to set in rotation about its longitudinal axis, as a result of this the possibility of "drilling in" the guide tip in the sediment floor to increase the initial Leadership effect is made possible.

Eine weitere, besonders bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 6. Bei dieser ist die Führungsspitze wiederum um die Längsachse des Bohrstranges drehbar gelagert, wird von dem Bohrkopf jedoch erst mitgenommen, wenn dieser aus seiner oberen Position kommend eine Position einnimmt, in der das mindestens eine Schneidelement des Bohrkopfes die Höhe des Endes der Führungsspitze zumindest annähernd erreicht hat. Durch diese Maßnahme wird bewirkt, daß die Führungsspitze, solange sie die Führung des Bohrkopfes bewirkt und nicht weiter in den Sedimentboden eindringen kann, keinem durch ein Leerrotieren in dem Sedimentboden hervorgerufenen Verschleiß unterlegen ist, jedoch beim tieferen Eindringen des Bohrkopfes in den Sedimentboden die Bildung eines "Kerns" in dem von dem mindestens einen Schneidelement nicht überstrichenen Bereich zuverlässig verhindert.Another, particularly preferred variant of the invention Procedure is the subject of claim 6. In this case, the guide tip is in turn around the longitudinal axis of the drill string is rotatably supported by the However, the drill head is only taken along when it is out of its coming up position takes a position in which the at least one cutting element of the drill head the height of the End of the leadership has reached at least approximately. This measure has the effect that the leading tip, as long as it does not guide the drill head cannot penetrate further into the sediment floor an empty rotation in the sediment floor Wear is inferior, but with deeper penetration of the drill head in the sediment floor "Kerns" in that of the at least one cutting element reliably prevents the area from being swept.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann die Kraft, mit der die Stirnseite des Bohrkopfes an dem abzutragenden Boden oder der Bohrungsstirnseite anliegt, durch mindestens einen an dem Bohrkopf vorgesehenen Auftriebskörper eingestellt werden.In a particularly preferred embodiment of the Procedure can be the force with which the face of the Drill head on the ground to be removed or the face of the hole is present, by at least one on the drill head provided buoyancy body can be adjusted.

In ihrem apparativen Aspekt wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß an dem dem abzutragenden Boden bzw. der Stirnseite der Bohrung zugewandten Ende des Bohrstranges eine in Längsrichtung desselben fixierte Führungsspitze vorgesehen ist und daß der Bohrkopf in Längsrichtung des Bohrstranges zwischen einer oberen Position, in der die Führungsspitze das mindestens eine Schneidelement überragt und einer unteren Position, in der das mindestens ein Schneidelement sich auf gleicher Höhe mit dem Ende der Führungsspitze befindet oder diese in Wirkrichtung des Bohrkopfes überragt, verlagerbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient demnach die Führungsspitze in erster Linie der Verhinderung des Auswanderns des Bohrkopfes zu Beginn der Bohrung, wogegen sie nach Absenken des Bohrkopfes relativ zum Bohrstrang hinter der durch das mindestens eine Schneidelement definierten Ebene zurückbleibt und den Bohrvorgang nicht durch ein durch das Voreilen bedingtes Aufsetzen auf felsigem Untergrund oder felsigen Einschlüssen behindern kann.In its apparatus aspect, the task is carried out solved a device according to claim 8, thereby is characterized in that on the soil to be removed or the end of the drill string facing the end of the bore one fixed in the longitudinal direction thereof Guide tip is provided and that the drill head in Longitudinal direction of the drill string between an upper position, in which the top management has at least one Cutting element protrudes and a lower position in the the at least one cutting element is at the same height with the end of the guide tip or this in Exceeds the effective direction of the drill head, is displaceable. at the device according to the invention therefore serves as the guide tip primarily to prevent emigration of the drill head at the start of the drilling, against which after lowering the drill head relative to the drill string behind the one defined by the at least one cutting element Level remains and the drilling process does not go through due to overrun, it touches down on rocky ground or rocky inclusions.

Es ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, den Bohrkopf in bekannter Weise dadurch in Rotation zu versetzen, daß das eine Ende des Bohrstranges um seine Längsachse drehbar gelagert ist und die Verwendung eines im Bereich dieses Endes mit dem Bohrstrang zusammenwirkenden Kraftdrehkopfes vorgesehen ist. Der Bohrkopf muß in diesem Falle drehfest an dem Bohrstrang angeordnet sein (Anspruch 10).It is possible with the device according to the invention the drill head in rotation in a known manner move one end of the drill string around its Longitudinal axis is rotatably mounted and the use of a interact with the drill string in the area of this end Power turret is provided. The drill head must be in in this case be arranged in a rotationally fixed manner on the drill string (Claim 10).

Da es in vielen Fällen zur Führung des Bohrkopfes ausreicht, wenn die Führungsspitze zu Beginn der Bohrung in den Sedimentboden lediglich eingedrückt wird, kann es zur Verringerung des Verschleisses der Führungsspitze vorteilhaft sein, diese um die Längsachse des Bohrstranges drehbar an diesem zu lagern (Anspruch 11).Since in many cases it is used to guide the drill head is sufficient if the leading tip at the start of the drilling it can only be pressed into the sediment floor to reduce the wear of the guide tip be advantageous about the longitudinal axis of the drill string to be rotatably supported on this (claim 11).

Es ist jedoch besonders vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 12 das von dem Bohrkopf fortweisende Ende des Bohrstranges drehfest an der Einrichtung zur Lagerung des Bohrstranges angebracht ist.However, it is particularly advantageous if according to claim 12 the end of the drill string pointing away from the drill head rotatably on the device for storing the Drill string is attached.

Für eine solche Lagerung besonders geeignet ist gemäß Anspruch 14 eine kardanische Abfangvorrichtung ("Gimbal").According to is particularly suitable for such storage Claim 14 a gimbal device ("gimbal").

Der Bohrkopf wird in diesem Falle vorzugsweise mittels einer ihm zugeordneten Antriebseinrichtung gegenüber dem Bohrstrang um eine um dessen Längsachse gerichtete Rotation versetzt (Anspruch 14).In this case, the drill head is preferably by means of a drive device assigned to it the drill string about a directed about its longitudinal axis Rotation offset (claim 14).

Die Antriebseinrichtung umfaßt gemäß Anspruch 15 vorteilhafterweise einen Rotationsmotor, der mit einer an dem Bohrstrang angeordneten Einrichtung zur Aufnahme eines Drehmoments, die gemäß Anspruch 16 vorzugsweise als Längsverzahnung ausgebildet ist, zusammenwirkt.The drive device comprises according to claim 15 advantageously a rotary motor with a the drill string arranged device for receiving a Torque, which according to claim 16 preferably as a spline is trained, cooperates.

Der Rotationsmotor kann gemäß Anspruch 17 ein Hydromotor sein.The rotary motor can be a hydraulic motor according to claim 17 his.

Es ist jedoch ebenfalls möglich, den Rotationsmotor als Elektromotor auszubilden (Anspruch 18).However, it is also possible to use the rotary motor to train as an electric motor (claim 18).

Versuche haben gezeigt, daß in bestimmten Sedimentböden die Führungswirkung der Führungsspitze ausreichend ist, wenn diese ohne sich in einer Rotation um ihre Längsachse zu befinden nur in den Sedimentboden eingedrückt wird, andere Sedimentböden jedoch eine Rotation der Führungsspitze um ihre Längsachse erfordern. Es ist daher von Vorteil, gemäß Anspruch 19 die Führungsspitze um die Längsachse des Bohrstranges drehbar an diesem zu lagern und an der Führungsspitze Mitnehmer vorzusehen, die mit an dem Bohrkopf vorgesehenen Gegenmitnehmern in Eingriff bringbar sind.Experiments have shown that in certain sediment soils the leadership effect of the top management is sufficient is when this is without rotating around its longitudinal axis to be only pressed into the sediment floor other sediment soils, however, a rotation of the guide tip require about their longitudinal axis. It is therefore from Advantage, according to claim 19, the leadership around To store the longitudinal axis of the drill string rotatably on this and to provide at the top of the driver with the counter drivers provided in the drill head are feasible.

Vorzugsweise bestehen die Mitnehmer und Gegenmitnehmer gemäß Anspruch 20 aus im Falle des Antriebs der Führungsspitze ineinandergreifenden Längsverzahnungen.The carriers and counter-carriers preferably exist according to claim 20 in the case of driving the guide tip interlocking splines.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß für eine Vielzahl von Sedimentböden eine Ausführungsform der Vorrichtung gut geeignet ist, bei der sich die Mitnehmer und Gegenmitnehmer unabhängig von der Position des Bohrkopfes, bezogen auf die Längsrichtung des Bohrstranges, in Eingriff befinden.However, it has been shown that for a variety of Sediment floors an embodiment of the device well is suitable in which the driver and counter-driver regardless of the position of the drill head in the longitudinal direction of the drill string.

Für weitere Sedimentböden besonders geeignet ist allerdings eine Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 22 aufweist. Bei dieser Vorrichtung sind die Mitnehmer und/oder die Gegenmitnehmer derart ausgestaltet, daß sich die Führungsspitze lediglich dann im Eingriff mit dem rotierenden Bohrkopf befindet, wenn sich das mindestens eine Schneidelement auf einer Höhe mit dem Ende der Führungsspitze befindet oder diese in Wirkrichtung des Bohrkopfes überragt. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß ein weiteres Niederbringen des Bohrkopfes in den Sedimentboden nicht durch einen sich in dem von dem mindestens einen Schneidwerkzeug nicht überstrichenen Bereich gebildeten "Kern" verhindert wird.However, it is particularly suitable for other sediment soils a device having the features of the claim 22 has. In this device, the drivers and / or the counter-drivers configured in such a way that the management tip then only engages with the rotating drill head, if that is at least a cutting element level with the end of the guide tip located or in the direction of action of the drill head surmounted. This measure ensures that further lowering the drill head into the sediment floor not by yourself in the one of the at least a cutting tool not covered area "Core" is prevented.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der die Mitnehmer und Gegenmitnehmer bildenden Längsverzahnungen ist Gegenstand des Anspruchs 23.A particularly preferred embodiment of the driver and counter-forming longitudinal toothing Subject matter of claim 23.

Eine besonders gute Anpaßbarkeit der Vorrichtung an verschiedene Sedimentböden ist gegeben, wenn an dem Bohrkopf mindestens ein Auftriebskörper zur Einstellung der in Wirkrichtung des Bohrkopfes wirkenden Bohrkraft vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme kann die in Wirkrichtung des Bohrkopfes wirkende Bohrkraft an die jeweils vorliegenden Sedimentbodeneigenschaften angepaßt werden, ohne daß damit eine Veränderung der Kraft, mit der die Führungsspitze an den Sedimentboden angedrückt wird, einhergeht. So ist es insbesondere möglich, bei besonders harten Sedimentböden die Führungsspitze mit einer hohen Kraft auf den Boden zu pressen, um eine ausreichende Führungswirkung zu erzielen, gleichsam jedoch die Bohrkraft soweit zu regulieren, daß der Eingriff des mindestens einen Schneidelements einerseits nicht zu einem Herauswandern der Bohrung führt, andererseits ein optimaler Bohrfortschritt erzielt wird.A particularly good adaptability of the device Different sediment soils are given when on the drill head at least one float to adjust the in Direction of action of the drilling head acting drilling force is provided is. By this measure, the effective direction of the Drilling head acting drilling force to the present Sediment soil properties are adjusted without this a change in the force with which the top management the sediment floor is pressed. That's the way it is especially possible with particularly hard sediment soils the leader with a high force towards the ground press to achieve sufficient leadership, as it were, however, regulate the drilling force to such an extent that the engagement of the at least one cutting element on the one hand does not cause the hole to migrate out, on the other hand, optimal drilling progress is achieved.

Wenn der mindestens eine Auftriebskörper gemäß Anspruch 25 einen wahlweise flutbaren oder mit einem Gas, vorzugsweise Preßluft, füllbaren Tank umfaßt, so ist die Bohrkraft auch während des Bohrvorganges veränderbar. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, zu Beginn des Bohrvorganges - so lange noch die Gefahr des "Herauswanderns" der Bohrung besteht, z.B. bei stark geneigtem Meeresboden - eine geringe Bohrkraft zu wählen, diese jedoch zugunsten einer Erhöhung de Bohrfortschritts zu vergrößern, sobald das Bohrwerkzeug sich in der Bohrung selbst zu führen beginnt.If the at least one buoyancy body according to claim 25 an optionally floodable or with a gas, preferably compressed air, fillable tank, so is the Drilling force can also be changed during the drilling process. This makes it possible, for example, at the beginning of the Drilling process - as long as there is a risk of "wandering out" the hole exists, e.g. with a strongly inclined seabed - choose a low drilling force, but this in favor of increasing drilling progress, once the drilling tool is in the hole itself begins to lead.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet vorzugsweise in Verbindung mit einer das dem Bohrkopf abgewandte Ende des Bohrstranges lagernden, schwimmenden Plattform zum Niederbringen von Bohrlöchern in den Meeresgrund Anwendung (Anspruch 26).The device according to the invention preferably takes place in connection with one end facing away from the drill head of the drilling platform, floating platform to the Drilling holes in the seabed application (Claim 26).

Es ist dann zum Ausgleich von beispielsweise durch Meeresdünung oder Tiedenhub hervorgerufene Vertikalbewegungen der Plattform besonders vorteilhaft, gemäß Anspruch 27 den Bohrstrang in einen oberen, an der Plattform gelagerten Bohrstrangteil und einen den Bohrkopf und die Führungsspitze lagernden unteren Bohrstrangteil zu unterteilen, wobei der obere und der untere Bohrstrangteil derart teleskopartig in Längsrichtung des Bohrstranges ineinandergreifen und relativ zueinander verlagerbar sind, so daß die Vertikalbewegungen der Plattform ausgeglichen werden, ohne daß die Bohrkraft eine wesentliche Änderung erfährt.It is then used to compensate for, for example Vertical movements caused by ocean thinning or tiedenhub the platform particularly advantageous, according to claim 27 the drill string in an upper, mounted on the platform Drill string part and a the drill head and the guide tip to subdivide the lower part of the drill string the upper and lower drill string parts being such Intermesh telescopically in the longitudinal direction of the drill string and are displaceable relative to each other, so that the vertical movements of the platform are balanced, without the drilling force undergoing a significant change.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gemäß Anspruch 28 ein längenvariabler Krafterzeuger, vorzugsweise eine Kolben/Zylindereinheit, vorgesehen, welcher sich einerseits an dem unteren Bohrstrangteil, andererseits an dem Bohrkopf abstützt und bei dem die Längenvariation in Richtung der Längsachse des Bohrstranges erfolgt. Durch diese Maßnahme kann der Bohrkopf relativ zum unteren Teil des Bohrstranges verlagert werden, ohne daß es hierzu einer Aktivierung der auf der Plattform befindlichen Winde 16 und einer Belastung der Seile 16' bedarf. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn der Bohrkopf 10 beispielsweise durch Kollabieren der Bohrungswandung in der Bohrung "festsitzt", da durch entsprechende Betätigung des längenvariablen Krafterzeugers der Bohrkopf relativ zu der Führungsspitze, die sich insbesondere dann, wenn sich die Bohrung durch die gesamte Sedimentschicht erstreckt, auf dem darunter befindlichen Hartgestein abstützt, nach oben bewegt werden kann. In den allermeisten Fällen kann der Bohrkopf 10 daher auch nach Kollabieren der Bohrungswandungen gelöst werden.In a preferred embodiment of the invention Device according to claim 28 is a variable in length Force generator, preferably a piston / cylinder unit, provided, which is on the one hand on the lower Drill string part, on the other hand supported on the drill head and in which the length variation in the direction of the longitudinal axis of the Drill string takes place. This measure allows the drill head shifted relative to the lower part of the drill string be, without this being an activation of the on the Platform located winch 16 and a load on the Ropes 16 'required. This is particularly beneficial if the drill head 10, for example, by collapsing the bore wall "stuck" in the hole, as by appropriate Actuation of the variable length force generator Drill head relative to the guide tip, which is particular then when the hole runs through the entire sediment layer extends on the hard rock below supports, can be moved upwards. In the in most cases, the drill head 10 can also be used Collapse of the bore walls can be solved.

Des weiteren ist es durch diese Ausgestaltung möglich, die voreilende Länge der Führungsspitze an die durch die Bodeneigenschaften vorgegebenen Bedingungen anzupassen.Furthermore, this configuration makes it possible the leading length of the leading tip to the through adapt the soil properties to given conditions.

Ist am unteren Bohrstrangteil, vorzugsweise im Bereich seines oberen Endes, mindestens ein Auftriebskörper vorgesehen, dessen Auftriebskraft steuerbar ist, so kann die Kraft, mit der die Führungsspitze auf dem Boden aufsteht, an die jeweils herrschenden Bedingungen angepaßt werden. Ist der Bohrkopf in diesem Falle mit einem längenvariablen Krafterzeuger nach Anspruch 28 ausgerüstet, so kann die Bohrkraft um die anteilige Gewichtskraft des unteren Bohrstrangteils und der damit in axialer Richtung fest verbundenen Komponenten erhöht werden.Is on the lower part of the drill string, preferably in the area its upper end, at least one buoyancy body provided, the buoyancy of which can be controlled, can the force with which the top of the guide stands on the ground adapted to the prevailing conditions become. In this case the drill head is with a variable length Power generator equipped according to claim 28, so can the drilling force by the proportional weight of the lower drill string part and thus in the axial direction firmly connected components can be increased.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing shown.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Übersicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher sich die Führungsspitze oberhalb des Sedimentbodens befindet und der Bohrkopf in seine obere Position verlagert ist;

Fig. 2 eine entsprechende Übersicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Ende eines Bohrvorganges mit bis auf die Sohle der Bohrung niedergebrachtem Bohrkopf;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des unteren Teils des Bohrstranges mit in seiner oberen Position befindlichem Bohrkopf;

Fig. 4 denselben Bohrkopf wie in Fig. 3 in seiner unteren Position;

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts V in Fig. 4;

Fig. 6 einen Ausschnitt des Bohrkopfes (Ausschnitt VI in Fig. 3) in einer vergrößerten Darstellung;

Fig. 7 eine Antriebseinrichtung zum Antrieb des Bohrkopfes in einer teilgeschnittenen Darstellung (Ausschnitt VII in Fig. 5) sowie

Fig. 8 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des an der Führungshülse vorgesehenen Mitnehmers und des an dem Bohrkopf vorgesehenen Gegenmitnehmers (Ausschnitt VIII in Fig. 5).

Show it:

Figure 1 is an overview of a device according to the invention, in which the guide tip is above the sediment floor and the drill head is shifted to its upper position.

2 shows a corresponding overview of the device according to the invention at the end of a drilling process with the drill head brought down to the bottom of the bore;

3 is an enlarged view of the lower part of the drill string with the drill head in its upper position;

4 shows the same drill head as in FIG. 3 in its lower position;

Fig. 5 is an enlarged view of section V in Fig. 4;

6 shows a detail of the drill head (detail VI in FIG. 3) in an enlarged view;

Fig. 7 shows a drive device for driving the drill head in a partially sectioned view (section VII in Fig. 5) and

Fig. 8 is an enlarged sectional view of the driver provided on the guide sleeve and the counter driver provided on the drill head (section VIII in Fig. 5).

Die in den Fig. 1 und 2 als Ganzes mit 100 bezeichnete Vorrichtung umfaßt einen auf einer schwimmenden Plattform 1 angeordneten Mast 2, der mit einem Flaschenzug 3 ausgerüstet ist, der dem Anheben oder Absenken eines oder mehrerer Segmente 4, 4' eines als Ganzes mit 5 bezeichneten Bohrstranges dient.The one designated as a whole by 100 in FIGS. 1 and 2 Device includes one on a floating platform 1 arranged mast 2, which with a pulley 3 is equipped to raise or lower one or several segments 4, 4 'one designated as a whole with 5 Drill string is used.

Der Bereitstellung der Bohrstrangsegmente 4, 4' an den Flaschenzug 3 dienen zu diesem Zwecke bekannte, in der Zeichnung lediglich angedeutete Vorrichtungen, die üblicherweise mit "pipe erector" oder "pipe handling system" bezeichnet werden. Zur Übernahme der Bohrstrangsegmente 4, 4' ist der Mast 2 an der Plattform 1 um die Achse S schwenkbar gelagert. Dem Einleiten der Schwenkbewegung und der Fixierung des Mastes 2 in seiner aufrechten Position dient eine nicht näher dargestellte längenveränderbare Stütze 2', die beispielsweise eine in der Zeichnung nicht dargestellte Kolben/Zylinder-Einheit umfassen kann.The provision of drill string segments 4, 4 ' the pulley 3 are known for this purpose, in the Drawing merely implied devices, usually with "pipe erector" or "pipe handling system" be designated. To take over drill string segments 4, 4 'is the mast 2 on the platform 1 about the axis S. pivoted. The initiation of the swivel movement and the fixation of the mast 2 in its upright position serves a variable length, not shown Support 2 ', for example one not in the drawing shown piston / cylinder unit can include.

Der - wie bereits eingangs erläutert - aus demontierbaren Segmenten 4, 4' bestehende Bohrstrang 5 umfaßt einen oberen Bohrstrangteil 6 und einen unteren Bohrstrangteil 7. Der obere Bohrstrangteil 6 mündet an der Stelle 8 teleskopartig in den unteren Bohrstrangteil 7 und ragt gemäß der Darstellung in Fig. 1 etwa bis zur Stelle 9 in diesen hinein. Der obere und der untere Bohrstrangteil 6, 7 sind in dem für das Einschieben des oberen Bohrstrangteils vorgesehenen Längenbereich derart ausgestaltet, daß sich die Bohrstrangteile 6, 7 in diesem Längenbereich reibungsarm in Längsrichtung L des Bohrstranges 5 relativ zueinander bewegen können, ein Verdrehen der beiden Bohrstrangteile 6, 7 gegeneinander um die Längsmittelachse des Bohrstranges jedoch nicht möglich ist.The - as already explained at the beginning - from removable Segments 4, 4 'existing drill string 5 includes a upper drill string part 6 and a lower drill string part 7. The upper drill string part 6 opens telescopically at point 8 in the lower drill string part 7 and protrudes accordingly the representation in Fig. 1 up to point 9 in this into it. The upper and lower drill string parts 6, 7 are in the for inserting the upper drill string part provided length range designed such that the drill string parts 6, 7 with little friction in this length range in the longitudinal direction L of the drill string 5 relative to one another can move, twisting the two drill string parts 6, 7 against each other about the longitudinal central axis of the drill string however is not possible.

Am unteren Ende des unteren Bohrstrangteils 7 ist ein Bohrkopf 10 angeordnet, welcher mit Hilfe eines in diesen integrierten Drehantrieb 11 relativ zu dem in dem Ausführungsbeispiel drehfest in der Plattform gelagerten, das Reaktionsdrehmoment aufnehmenden Bohrstrang 5 rotierbar ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient als Kraftquelle ein Hydromotor, der über eine Hydraulikleitung 12 mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. Es ist aber ebenfalls möglich, anstatt des Hydraulikantriebes einen Elektroantrieb zu verwenden und anstelle der Hydraulikleitung 12 eine elektrische Leitung vorzusehen.At the lower end of the lower drill string part 7 is a Drill head 10 arranged, which with the help of a in this integrated rotary drive 11 relative to that in the embodiment rotatably mounted in the platform, the Reaction torque absorbing drill string 5 rotatable is. In the illustrated embodiment serves as Power source is a hydraulic motor, which is connected to a hydraulic line 12 supplied with pressurized hydraulic fluid becomes. But it is also possible instead of the hydraulic drive to use an electric drive and instead the hydraulic line 12 to provide an electrical line.

Am oberen Ende des unteren Bohrstrangteils 7 sind bezüglich der Achse L einander gegenüberliegend zwei Auftriebskörper 69 angeordnet, deren Auftriebskraft bzw. Verdrängungsvolumen steuerbar ist.At the upper end of the lower drill string part 7 are with respect to the axis L two buoyancy bodies opposite one another 69 arranged whose buoyancy or Displacement is controllable.

Der drehfesten Lagerung des oberen Bohrstrangteils 6 in der Plattform 1 dient eine entlang ihrer vertikalen Mittelebene zweigeteilte, kardanisch aufgehängte Abfangvorrichtung 19 ("Gimbal"), bei welcher zum Zwecke des Lösens des jeweils gelagerten Bohrstrangsegments 4 deren beiden Hälften voneinander trennbar sind. The rotationally fixed mounting of the upper drill string part 6 one in the platform 1 serves along its vertical Gimbal-type interception device divided into two levels 19 ("Gimbal"), for which the purpose of Loosening the respectively stored drill string segment 4 are separable from each other.

Am oberen Bohrstrangteil 6 ist - bedarfsweise - mindestens ein weiterer (in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei) Auftriebskörper 70 vorgesehen, um die durch die Gewichtskraft des oberen Bohrstrangteils 6 hervorgerufene Belastung der Abfangvorrichtung 19 und einer zum Anheben des Bohrstranges vorgesehenen Hebevorrichtung 3' bzw. der Plattform 1 zu reduzieren. Durch diese Maßnahme kann der obere Bohrstrangteil 6 im Vergleich zu Vorrichtungen, die keine derartige Auftriebskörper aufweisen, länger ausgebildet werden, so daß Schürfbohrungen auch in größeren Tiefen möglich werden. Wiederum kann der Auftriebskörper derart konzipiert sein, daß sein Auftriebsvolumen variierbar ist.On the upper drill string part 6 is - if necessary - at least another (in the illustrated embodiment two) buoyancy body 70 provided to pass through the weight of the upper drill string part 6 caused Load of the interceptor 19 and one to Lifting the drill string provided lifting device 3 ' or to reduce platform 1. By this measure can the upper drill string part 6 compared to devices, that have no such buoyancy bodies, be trained longer, so that digging holes in greater depths are possible. Again, the buoyancy can be designed so that its buoyancy volume is variable.

An dem Bohrkopf 10 sind zwei bezüglich der Mittelachse L des Bohrstranges einander gegenüberliegende Ösen 13 vorgesehen, an welchen zwei Seile 16' befestigt sind, die durch eine in der Plattform vorgesehene Öffnung 14, durch welche sich auch der Bohrstrang 5 erstreckt, verlaufen und über Umlenkrollen 15 einer Winde 16 zugeführt sind. Durch Betätigung der Winde 16 ist der untere Bohrstrangteil 7 somit heb- und senkbar.There are two on the drill head 10 with respect to the central axis L of the drill string facing each other 13 provided on which two ropes 16 'are attached, through an opening 14 provided in the platform, through which the drill string 5 also extends and fed to a winch 16 via deflection rollers 15 are. By operating the winch 16 is the lower drill string part 7 can thus be raised and lowered.

Im folgenden soll zunächst die prinzipielle Funktionsweise des dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben werden.In the following, the principle Operation of the illustrated embodiment of the Device according to the invention with reference to FIGS. 1 and 2 to be discribed.

In der in Fig. 1 dargestellten Phase ist der Bohrstrang 5 bereits durch Verschraubung einzelner Segmente 4 bzw. 4' zu seiner vollständigen Länge montiert. Am oberen Ende des Bohrstrangs 5 ist der dem Austritt von gehobenem Abraum dienende Rohrkrümmer 17 angeordnet. Der obere Teil 6 des Bohrstranges 5 ist bereits durch Schließen der beiden Teile der kardanischen Abfangvorrichtung 19 drehfest in seiner Betriebsstellung an der Plattform 1 gelagert. Der Rohrkrümmer 17 mündet in einen an seinem Ende trichterförmig erweiterten Einlaß 20, der den Abraum einer bekannten, in der Zeichnung nicht dargestellten Einrichtung zum Abtrennen von in dem Abraum enthaltenden Diamanten zuführt.In the phase shown in Fig. 1 is the drill string 5 already by screwing individual segments 4 or 4 'mounted to its full length. At the top The end of the drill string 5 is the outlet of the raised one Overburden pipe bend 17 arranged. The upper part 6 of the drill string 5 is already closed by closing the two Parts of the cardanic interception device 19 are rotationally fixed stored in its operating position on platform 1. The pipe bend 17 opens into a funnel-shaped at its end expanded inlet 20, the overburden one known device, not shown in the drawing for removing diamonds contained in the overburden supplies.

In dem in Fig. 1 dargestellten Zustand ist die Vorrichtung 100 derart positioniert, daß sich der Bohrkopf oberhalb der abzutragenden Stelle des Meeresbodens 40 befindet.The device is in the state shown in FIG. 1 100 positioned so that the drill head above the site of the seabed to be removed 40 located.

Bevor der eigentliche Bohrvorgang beginnt, wird die Winde 16 nachgelassen, wodurch sich der untere Bohrstrangteil 7 durch Hinabgleiten an dem in ihn hineinragenden Teil des oberen Bohrstrangteils 6 weiter absenkt, bis das untere Ende 21 einer am unteren Ende des unteren Bohrstrangteils 7 vorgesehenen Führungsspitze 22 auf dem Meeresboden 40 aufliegt. Die resultierende Gewichtskraft des unteren Bohrstrangteils 7 bestimmt im wesentlichen die Kraft, mit dem sich das Ende 21 der Führungsspitze 22 auf dem Meeresboden 40 abstützt.Before the actual drilling process begins, the Winch 16 subsided, causing the lower drill string part 7 by sliding down on the protruding into it Part of the upper drill string part 6 further lowered until that lower end 21 one at the lower end of the lower drill string part 7 provided guide tip 22 on the seabed 40 rests. The resulting weight of the lower drill string part 7 essentially determines the Force with which the end 21 of the guide tip 22 supports the seabed 40.

Führt die Plattform 1 - beispielsweise von der Meeresdünung oder dem Tiedenhub induziert - eine vertikale Bewegung durch, die je nach Wetterlage etliche Meter betragen kann, so wird hierdurch die Kraft, mit der die Führungsspitze sich an dem Meeresboden 40 abstützt oder in diesen eindringt, nicht beeinflußt, da der innere Bohrstrangteil 6 entsprechend der Vertikalbewegung der Plattform 1 sich reibungsarm in den unteren Bohrstrangteil 7 hinein- und herausverlagern kann.Runs platform 1 - for example from the ocean swell or induced the Tiedenhub - a vertical Movement through, depending on the weather, several meters can, the force with which the Guide tip is supported on the seabed 40 or in penetrates this, not affected, since the inner drill string part 6 according to the vertical movement of the platform 1 low friction in the lower drill string part 7 can move in and out.

Um den Bohrkopf in den Meeresboden niederzubringen wird zunächst der Drehantrieb 11 aktiviert, wodurch - wie später noch erläutert werden wird - entweder nur der Bohrkopf 10 oder der Bohrkopf 10 und die Führungsspitze 22 in eine Rotation um die Längsachse L des Bohrstrangs 5 versetzt wird. Der zwischen der in Fig. 1 dargestellten oberen Position und einer unteren Position, in der die Stirnseite 23 des Bohrkopfes 10 sich zumindest in einer Höhe mit dem Ende 21 der Führungsspitze 22 befindet oder dieses überragt, verlagerbar ist, wird durch weiteres Nachlassen der Seile 16' soweit abgesenkt, bis seine Stirnseite 23 auf dem Meeresboden 40 aufliegt. Das - je nach Eigenschaften des Meeresbodens - in die obere Schicht mehr oder weniger eindringende Ende 21 der Führungsspitze 22 verhindert beim Beginn des Bohrvorganges ein spiraliges Herauswandern des Bohrkopfes 10 aus der für die Bohrung vorgesehenen Stelle.To bring the drill head down into the seabed the rotary drive 11 is first activated, whereby - how will be explained later - either only the drill head 10 or the drill head 10 and the guide tip 22 in offset about the longitudinal axis L of the drill string 5 becomes. The between the upper shown in Fig. 1 Position and a lower position in which the end face 23 of the drill head 10 is at least at a height with the end 21 of the guide tip 22 or this towering over, is relocatable, is by further easing the ropes 16 'lowered until its end face 23 rests on the seabed 40. That - depending on the properties of the sea floor - in the upper layer more or less penetrating end 21 of the guide tip 22 prevented spiraling out at the start of the drilling process of the drill head 10 from that provided for the drilling Job.

Die Seile 16' werden nun weiter nachgelassen, so daß sie - wie in Fig. 2 am Ende des Bohrvorganges erkennbar - schlaff durchhängen, so daß die resultierende Gewichtskraft des Bohrkopfes 10 die Bohrkraft bestimmt, mit der sich der Bohrkopf 10 in Längsrichtung L des Bohrstranges 5 an der Sohle 41 der Bohrung abstützt.The ropes 16 'are now further reduced, so that they - as can be seen in FIG. 2 at the end of the drilling process - sag slack so that the resulting weight of the drill head 10 determines the drilling force with which the drill head 10 in the longitudinal direction L of the drill string 5 is supported on the sole 41 of the bore.

Der Aufbau und die Funktionsweise des Bohrkopfes 10 soll anhand der Fig. 3 bis 8 im einzelnen dargestellt werden.The construction and operation of the drill head 10 is shown in detail with reference to FIGS. 3 to 8 become.

Fig. 3 zeigt den unteren Bohrstrangteil 7 mit an diesem vorgesehenem Bohrkopf 10 und angebrachter Führungsspitze 22 in einer vergrößerten Darstellung. In seinem oberen Bereich umfaßt der untere Bohrstrangteil in Längsrichtung L des Bohrstranges 5 voneinander beabstandete Rollenanordnungen 24, welche mit auf dem in den unteren Bohrstrangteil 7 hineinragenden Abschnitt 25 des oberen Bohrstrangteils 6 angeordneten Schienen 26 derart zusammenwirken, daß die oberen und unteren Bohrstrangteile 6, 7 reibungsarm relativ zueinander in Richtung der Längsachse L des Bohrstranges 5 bewegbar sind, eine Verdrehung der beiden Bohrstrangteile 6, 7 gegeneinander um die Längsachse L jedoch nicht möglich ist.Fig. 3 shows the lower drill string part 7 with this provided drill head 10 and attached guide tip 22 in an enlarged view. In his the upper region comprises the lower drill string part in the longitudinal direction L of the drill string 5 spaced apart Roller assemblies 24, which on the in the lower Drill string part 7 protruding section 25 of the upper Drill string part 6 arranged rails 26 cooperate such that the upper and lower drill string parts 6, 7 low friction relative to each other in the direction of the longitudinal axis L of the drill string 5 are movable, a rotation of the two drill string parts 6, 7 against each other about the longitudinal axis L is however not possible.

Wie in dem in Fig. 3 in dem von unten gesehen zweiten Segment 4' dargestellten Ausschnitt V, der in Fig. 5 vergrößert dargestellt ist, erkennbar ist, ist in dem oberen Bohrstrangteils 6 eine seitliche Öffnung 27 vorgesehen, welche dem Anschluß einer Druckluftzufuhr dient, die - wie in Fig. 3 angedeutet ist - als an der Mantelfläche des oberen Bohrstrangteils angeordnete starre Druckleitung 18 ausgebildet sein kann. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Druckluftzufuhr über einen durchhängenden Druckschlauch zu bewerkstelligen. Da dieser die relative Beweglichkeit der beiden Bohrstrangteile 6, 7 zueinander in Längsrichtung L des Bohrstranges 5 nicht einschränkt, ist es dann möglich, eine seitliche Öffnung 27' in dem unteren Bohrstrangteil 7 vorzusehen, die nach außen in einen dem Anschluß des in Fig. 7 angedeuteten Druckschlauches 18' dienenden Stutzen 45 mündet. Die Öffnungen 27, 27' dienen dem Einblasen von Druckluft zur Anwendung des bekannten "Lufthebeverfahrens", mit dessen Hilfe das bei einem Bohrvorgang vom Meeresboden 40 gelöste Sediment nach dessen Eintritt durch entsprechende, in der Führungsspitze 22 vorgesehene Eintrittsöffnungen 44 in das Innere des Bohrstranges durch diesen zur Plattform 1 heraufgefördert wird.As in the second in Fig. 3 seen from below Segment 4 'shown section V, which is enlarged in Fig. 5 is shown, is recognizable, is in the upper Drill string part 6 provided a lateral opening 27, which is used to connect a compressed air supply which - like is indicated in Fig. - As on the lateral surface of the Rigid pressure line 18 arranged in the upper drill string part can be trained. However, it is also possible the compressed air supply via a sagging pressure hose to accomplish. Because of this the relative mobility of the two drill string parts 6, 7 to each other in Longitudinal direction L of the drill string 5 is not restricted it is then possible to have a side opening 27 'in the lower one Provide drill string part 7, which to the outside in a Connection of the pressure hose 18 'indicated in FIG. 7 serving nozzle 45 opens. The openings 27, 27 'serve the injection of compressed air for the application of the known "Air lifting method", with the help of which during a drilling process sediment released from the seabed 40 according to the latter Entry through appropriate, in the leadership 22nd provided entry openings 44 into the interior of the drill string promoted by this to platform 1 becomes.

Um zu verhindern, daß das in den Bohrstrang eingetretene Sediment in die Lagerung zwischen oberem und unterem Bohrstrangteil 6, 7 eindringt und die reibungsarme Bewegbarkeit der Teile relativ zueinander behindert, ist am unteren Ende des in den unteren Bohrstrangteil 7 hineinragenden oberen Bohrstrangteil ein Innenrohr 46 ("Degenrohr") angeflanscht, welches in den darunter befindlichen Teil des unteren Bohrstrangteils 7 hineinragt und kurz oberhalb des Drehantriebes 11 offen endet (vgl. Fig. 5). Der untere Bohrstrangteil 7 ist in diesem Bereich doppelwandig ausgebildet, wobei die Innenwandung 47 von einem Innenrohr 48 gebildet wird, dessen Innendurchmesser so bemessen ist, daß dieser mit dem Außendurchmesser des Innenrohres 46 einen schmalen Ringspalt 49 bildet.To prevent that from entering the drill string Sediment in the storage between the upper and lower Drill string part 6, 7 penetrates and the low-friction mobility the parts hindered relative to each other is on lower end of the projecting into the lower drill string part 7 upper drill string part an inner tube 46 ("epee tube") flanged, which in the below Part of the lower drill string part 7 protrudes and briefly ends openly above the rotary drive 11 (cf. FIG. 5). The lower drill string part 7 is double-walled in this area formed, the inner wall 47 of a Inner tube 48 is formed, the inner diameter so is dimensioned that this with the outer diameter of the Inner tube 46 forms a narrow annular gap 49.

Durch diese Maßnahmen dringt das gelöste Sediment infolge des in dem Innenvolumen des oberen Bohrstrangteils durch Anwendung des Lufthebeverfahrens herrschenden Unterdruck durch die untere Öffnung des Innenrohres 36 in das Innere des oberen Bohrstrangteils ein, so daß es bereits insoweit nicht mit den Rollenanordnungen 24 oder den Schienen 26 in Berührung kommen kann. Weiterhin führt der im Innern des oberen Bohrstrangteils 6 herrschende Unterdruck dazu, daß durch den Ringspalt 49 vom oberen Ende des unteren Bohrstrangteils 7 stets eine gewisse Menge an Umgebungswasser aufgesaugt wird und die Rollenanordnung 24 und die Schienen 26 umspült, so daß eventuell eingedrungene Sedimentanteile stets herausgewaschen werden.The dissolved sediment penetrates through these measures due to the in the internal volume of the upper drill string part negative pressure prevailing by using the air lifting method through the lower opening of the inner tube 36 into the Interior of the upper drill string part so that it is already so far not with the roller assemblies 24 or Rails 26 can come into contact. Furthermore, the negative pressure prevailing inside the upper drill string part 6 to the fact that through the annular gap 49 from the upper end of lower drill string part 7 always a certain amount Ambient water is sucked up and the roller assembly 24th and washed around the rails 26, so that any penetrated Sediment parts are always washed out.

Der in den Fig. 3 und 4 in einer Übersicht dargestellte, ein im wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse 28 aufweisende Bohrkopf 10 trägt an seiner der Sohle der Bohrung zugewandten Stirnseite 23 bezüglich der Längsachse L des Bohrstranges 5 angeordnete Schneidelemente 29, welche sich radial von dem Außenumfang des Bohrkörpergehäuses 28 bis zum Außenumfang der Führungsspitze 22 erstrecken. Die Schneidelemente 29 können Schneidzähne, Schneidzähne und Schneidrollen oder - wie im in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel - nur Schneidrollen 30 umfassen. Die Schneidelemente 29 dienen dem Lösen des Meeresbodens 40 an der Sohle der jeweiligen Bohrung.The overview shown in FIGS. 3 and 4, an essentially cylindrical housing 28 having drill head 10 carries on its the sole End face 23 facing the bore with respect to the longitudinal axis L of the drill string 5 arranged cutting elements 29, which radially from the outer circumference of the drill body 28 extend to the outer circumference of the guide tip 22. The cutting elements 29 can be cutting teeth, cutting teeth and cutting rollers or - as shown in the drawing Embodiment - only include cutting rollers 30. The cutting elements 29 serve to loosen the sea floor 40 on the sole of the respective hole.

Der im oberen Bereich des Bohrkopfes 10 vorgesehene Drehantrieb 11 umfaßt zwei Hydromotoren 11', die über eine anhand der Fig. 6 und 7 noch zu erläuternde Getriebeanordnung 31 den Bohrkopf 10 gegenüber dem Bohrstrang 5 in eine um die Längsachse L gerichtete Rotation versetzen.The one provided in the upper area of the drill head 10 Rotary drive 11 comprises two hydraulic motors 11 ', which have a 6 and 7 gear arrangement still to be explained 31 the drill head 10 in relation to the drill string 5 Offset rotation directed about the longitudinal axis L.

Der Bohrkopf 10 weist des weiteren eine über seinen Umfang verteilte Anzahl von als Auftriebskörper 32 wirkenden Tanks 33 auf, die wahlweise flutbar oder mit Hilfe einer in der Zeichnung nicht dargestellten Druckluftzufuhr mit Druckluft befüllbar sind. Vorzugsweise sind die Tanks an einem nicht rotierenden Gehäuseteil 64 des Bohrkopfes 10 befestigt, da in diesem Fall die Luftzufuhr über einfache Druckschläuche erfolgen kann, ohne daß eine technisch aufwendige Drehdichtung erforderlich wäre. Durch die somit mögliche Veränderung des Auftriebs kann die in Wirkrichtung des Bohrkopfes 10 wirkende Bohrkraft, das heißt die Kraft, mit der die Schneidelemente 29 bzw. die Schneidrollen 30 auf der Sohle 41 der Bohrung aufliegen, an die jeweils herrschenden Bedingungen angepaßt werden. Da - wie bereits eingangs erläutert - der Bohrkopf 10 zwischen der in Fig. 3 dargestellten, oberen Position und der in Fig. 4 dargestellten, unteren Position reibungsarm auf dem Bohrstrang verlagerbar ist, wird durch eine Veränderung des Auftriebsvolumens der Auftriebskörper lediglich die Bohrkraft, nicht aber die Kraft, mit der das Ende 21 der Führungsspitze 22 sich auf dem Meeresboden abstützt, beeinflußt, so daß auch bei einer hohen Auftriebskraft und damit geringen Bohrkraft die Führungswirkung der Führungsspitze 22 nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere ist es durch diese Ausgestaltung möglich, die Bohrkraft in der "Anbohrphase", das heißt so lange sich der Bohrer in der Bohrung nicht selbst führt, gering zu halten, um anschließend nach Eintreten des Selbstführungseffektes die Tanks 33 zu fluten, um somit die Bohrkraft zugunsten eines schnelleren Niederbringens zu erhöhen.The drill head 10 also has one above its Scope distributed number of acting as a buoyancy body 32 Tanks 33, which are either floodable or with the help a compressed air supply, not shown in the drawing can be filled with compressed air. Preferably the tanks on a non-rotating housing part 64 of the drill head 10 attached, because in this case the air supply via simple Pressure hoses can be made without a technical elaborate rotary seal would be required. Through the thus possible change in buoyancy can be in the direction of action of the drilling head 10 acting drilling force, that is the force with which the cutting elements 29 and Cutting rollers 30 rest on the sole 41 of the bore, be adapted to the prevailing conditions. Since - as already explained at the beginning - the drill head 10 between the upper position shown in Fig. 3 and the lower position shown in Fig. 4 low friction can be shifted on the drill string by a change the buoyancy volume of the buoyancy bodies only the drilling force, but not the force with which the end 21 the guide tip 22 is supported on the seabed, influenced, so that even with a high buoyancy and thus low drilling force the leadership effect of Leading tip 22 is not affected. In particular it is possible through this configuration, the drilling force in the "drilling phase", that means as long as the drill is in the bore does not lead itself to keep it small afterwards after the self-management effect occurs Flood tanks 33, thus the drilling force in favor of one faster bringing down.

Wie aus der rechten Hälfte in Fig. 6 erkennbar ist, umfaßt die Vorrichtung eine Kolben/Zylindereinrichtung 66. Kolbenseitig ist die Kolben/Zylindereinrichtung 66 mit Hilfe einer Lagereinheit 67 mit einem oberen Gehäuseteil 56 verbunden, welcher seinerseits an einer Verschiebehülse 57 befestigt ist, deren Ausgestaltung und weitere Funktion im folgenden anhand von Fig. 7 und 8 beschrieben werden wird. Zylinderseitig ist die Kolben/Zylindereinheit 66 mit Hilfe einer entsprechenden Lagereinheit 68 an dem unteren Teil 7 des Bohrstranges 5 angebracht. Die Kolben/Zylindereinheit 66 ist derart dimensioniert, daß der Kolben vollständig in den Zylinder eingefahren ist, wenn sich der Bohrkopf 10 in der in Fig. 6 dargestellten, oberen Position befindet.As can be seen from the right half in FIG. 6, the device comprises a piston / cylinder device 66. The piston / cylinder device 66 is also on the piston side With the help of a bearing unit 67 with an upper housing part 56 connected, which in turn on a sliding sleeve 57 is attached, their design and further function are described below with reference to FIGS. 7 and 8 becomes. The piston / cylinder unit 66 is also on the cylinder side With the help of a corresponding storage unit 68 on the lower one Part 7 of the drill string 5 attached. The piston / cylinder unit 66 is dimensioned such that the piston is complete retracted into the cylinder when the Drill head 10 in the upper position shown in FIG. 6 located.

Die Kolben/Zylindereinheit 66 weist zwei am oberen und am unteren Zylinderende vorgesehene Druckanschlüsse 66', 66'' auf. Wird der in der Zeichnung oben dargestellte Druckanschluß 66'' mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, so wird der Bohrkopf 10 relativ zum unteren Teil 7 des Bohrstranges 5 und damit auch zur Führungsspitze 22 nach unten bewegt, durch anschließendes Beaufschlagen des Druckanschluß 66' wird der Bohrkopf 10 dementsprechend relativ zur Führungsspitze 22 nach oben verlagert.The piston / cylinder unit 66 has two at the top and pressure connections provided at the lower end of the cylinder 66 ', 66' 'on. Will the one shown in the drawing above Pressure connection 66 '' with hydraulic fluid under pressure applied, the drill head 10 is relative to the lower part 7 of the drill string 5 and thus also to Guide tip 22 moved down by subsequent Pressurizing the pressure connection 66 'becomes the drill head 10 accordingly relative to the guide tip 22 upwards relocated.

Es ist durch diese Ausgestaltung zwar prinzipiell möglich, die Bohrkraft, mit welcher der Bohrkopf 10 in seiner Wirkrichtung an der Bohrungssohle 41 anliegt, zu erhöhen, üblicherweise ist der Bohrstrang 5 - insbesondere wenn er wie bei der vorliegenden Ausführungsform zweiteilig teleskopartig ineinandergreifend ausgestaltet ist - zur Aufnahme von Schubkräften nicht geeignet. Die Kolben/Zylindereinheit 66 kommt daher regelmäßig dann zur Anwendung, wenn der Bohrkopf 10 mit seinen Mantelflächen - beispielsweise durch ein Kollabieren der Bohrungswandungen - in der Bohrung eingeklemmt ist. Wird in einem solchen Falle der Anschluß 66' der Kolben/Zylindereinheit 66 mit einem Druckmedium beaufschlagt, so wird der Bohrkopf 10 aus seiner momentanen Position relativ zur Führungsspitze 22 nach oben verlagert. Da üblicherweise unter der relativ weichen Sedimentschicht sich eine harte Gesteinsschicht befindet, kann die Bohrspitze 22 sich darauf abstützen, was zur Folge hat, daß der Bohrkopf 10 mit der mit Hilfe der Kolben/Zylindereinrichtung 66 ausgeübten Kraft in der Bohrung nach oben verlagert wird. Da hierfür demnach nicht mehr - ausschließlich - die an der Plattform 1 vorgesehene Winde 16 zusammen mit den Seilen 16' Verwendung finden muß, wird verhindert, daß im Falle des Einklemmens des Bohrkopfes 10 in der Bohrung die Winde 16 bzw. die Aufbauten auf der Plattform 1 überlastet werden bzw. die Hubeinrichtung 3' zusätzlich unterstützt wird.Because of this configuration, it is in principle possible, the drilling force with which the drill head 10 in its direction of action bears against the bottom of the bore 41 increase, usually the drill string 5 - in particular if in two parts as in the present embodiment is designed telescopically interlocking - not suitable for absorbing shear forces. The piston / cylinder unit 66 is therefore regularly used if the drill head 10 with its lateral surfaces - for example by collapsing the bore walls - is jammed in the hole. Will in such Case of connection 66 'of the piston / cylinder unit 66 with pressurized medium, the drill head 10 from its current position relative to the top management 22 shifted upwards. Since usually under the relative soft sediment layer a hard rock layer , the drill bit 22 can be supported on it, with the result that the drill head 10 with the help the force exerted in the piston / cylinder device 66 in the Hole is shifted upwards. Since therefore not for this more - exclusively - that provided on platform 1 Winch 16 are used together with the ropes 16 ' must be prevented in the event of the pinching of the Drill head 10 in the bore, the winch 16 or the structures are overloaded on platform 1 or the Lifting device 3 'is additionally supported.

Einzelheiten der Lagerung und des Antriebs des Bohrkopfes 10 bzw. der Führungsspitze 22 an dem unteren Teil 7 des Bohrstranges 5 sind in den Fig. 6 bis 8 dargestellt.Details of the storage and drive of the drill head 10 or the guide tip 22 on the lower part 7 of the drill string 5 are shown in FIGS. 6 to 8.

Die Führungsspitze 22 umfaßt eine nach oben offene, rohrförmige Führungshülse 34, welche von unten auf das untere Ende des unteren Bohrstrangteils 7 aufgeschoben ist und an diesem mittels zweier in Längsrichtung L des Bohrstranges 5 voneinander beabstandeten Radiallagereinheiten 35 um den unteren Bohrstrangteil 7 drehbar gelagert ist. Der axialen Lagerung der Führungsspitze 22 in Richtung der Längsachse L dient eine in den unteren Bohrstrangteil eingearbeitete Rundumnut 36, in die ein radial vorspringender, zweiteiliger Lagerring eingesetzt ist, auf dessen vorspringendem Bereich sich die Führungshülse mit Hilfe einer in dieser vorgesehenen Schulter 38 in Richtung der Bohrungssohle 41 gesehen abstützt. Der axialen Fixierung in entgegengesetzter Richtung dient eine entsprechende Gegenschulter 42, die in einem unteren, die eigentliche Spitze bildenden Teil 39 der Führungsspitze 22 vorgesehen ist, welches in einem radial überstehenden Rundumflansch 43 mit der Führungshülse 34 verschraubt ist.The guide tip 22 comprises an open top tubular guide sleeve 34 which from below on the lower end of the lower drill string part 7 is pushed on and on this by means of two in the longitudinal direction L of the drill string 5 spaced radial bearing units 35 is rotatably supported about the lower drill string part 7. The axial mounting of the guide tip 22 in the direction of Longitudinal axis L serves in the lower drill string part incorporated all-round groove 36 into which a radially projecting, two-part bearing ring is used on the projecting area with the help of the guide sleeve a shoulder 38 provided in this in the direction of Supported bore sole 41 seen. The axial fixation a corresponding one serves in the opposite direction Counter shoulder 42, in a lower, the actual Tip forming part 39 of the guide tip 22 is provided which is in a radially protruding all-round flange 43 is screwed to the guide sleeve 34.

Die Führungshülse 34 umfaßt an ihrem Außenumfang vorgesehene Mitnehmer 50, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als sich über die gesamte Länge der Führungshülse 34 erstreckende Längsverzahnung ausgebildet sind. Im Eingriff mit dem Mitnehmer 50 befindet sich ein Gegenmitnehmer 51, welcher seinerseits fest mit einer inneren Gehäusewandung 52 des Bohrkopfes 10 verbunden ist. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich der Mitnehmer 50 und der Gegenmitnehmer 51 stets - das heißt unabhängig davon, ob sich der Bohrkopf 10 in seiner oberen, in Fig. 3 dargestellten oder in seiner unteren, in Fig. 4 dargestellten Position befindet - in Eingriff. Um zu verhindern, daß die Führungsspitze 22 bei harten Sedimentböden einem erhöhten Verschleiß unterliegt, kann es jedoch vorteilhaft sein, einen Eingriff von Mitnehmer 50 und Gegenmitnehmer 51 nur für Positionen des Bohrkopfes 10 nahe seiner unteren Position vorzusehen. Da sich der Gegenmitnehmer 51 nur über eine - bezogen auf die Längsachse L - kurze Länge erstreckt, wie in Fig. 8 ersichtlich ist, kann dies dadurch bewirkt werden, daß - im Gegensatz zum dargestellten Ausführungsbeispiel - der Mitnehmer 50 vom Rundumflansch 43 nur bis zu einer gewissen Höhe, beispielsweise bis zur Stelle 53 in Fig. 8 ausgebildet ist.The guide sleeve 34 comprises on its outer circumference provided driver 50, which in the illustrated embodiment than extending over the entire length of the guide sleeve 34 extending longitudinal toothing formed are. There is an engagement with the driver 50 Counter driver 51, which in turn is fixed with a inner housing wall 52 of the drill head 10 is connected. In the embodiment shown in the drawing are the driver 50 and the counter driver 51 always - that means regardless of whether the drill head 10 in its upper, shown in Fig. 3 or in its lower position shown in Fig. 4 - engaged. To prevent the tip 22 hard sediment soils are subject to increased wear, However, it can be advantageous to have an intervention from Driver 50 and counter driver 51 only for positions of Provide drill head 10 near its lower position. There the counter driver 51 only one - based on the Longitudinal axis L - short length, as shown in Fig. 8 is, this can be brought about by - in Contrary to the illustrated embodiment - the Driver 50 from the all-round flange 43 only up to a certain one Height, for example up to point 53 in FIG. 8 is.

Zum Antrieb des Bohrkopfes 10 sind an den Abtriebswellen 54 der Rotationsmotoren 11' des Antriebs 11, von denen in Fig. 7 - beispielhaft - nur einer dargestellt ist, jeweils ein Zahnrad 55 vorgesehen. Der Antriebsmotor 11' ist drehfest an dem oberen Gehäuseteil 56 angeflanscht. Das Gehäuseteil 56 ist seinerseits wiederum mit einer Schiebehülse 57 verbunden, die in Richtung der Längsachse L verschiebbar, jedoch mit Hilfe einer Mitnehmerleiste 58, mit der sie sich im Eingriff befindet, drehfest an einem den unteren Abschluß des unteren Bohrstrangteils 7 bildenden Rohres 59 gelagert.To drive the drill head 10 are on the output shafts 54 of the rotary motors 11 'of the drive 11, of those shown in Fig. 7 - for example - only one a gear 55 is provided in each case. The drive motor 11 'is non-rotatably flanged to the upper housing part 56. The housing part 56 is in turn with a sliding sleeve 57 connected in the direction of Longitudinal axis L can be moved, but with the help of a carrier bar 58, with which it is engaged, non-rotatably at one the lower end of the lower drill string part 7 forming tube 59 stored.

Das Zahnrad 55 befindet sich im Eingriff mit einem Antriebszahnrad 60, welches mit Hilfe einer zur Montage des Antriebszahnrads 60 senkrecht zur Längsachse L teilbaren, zwei Axiallager 61 und ein Radiallager 62 aufweisenden Lageranordnung 63 gegenüber dem Gehäuseteil 56 bzw. der Schiebehülse 57 drehbar gelagert ist. An seiner der Bohrungssohle 41 zugewandten Stirnseite ist das Antriebszahnrad 60 mit einem Deckel 64 drehfest verbunden, welcher mit Hilfe zweier Dichtungsanordnungen 65 das Antriebszahnrad 60 sowie die Lageranordnung 63 gegen die Umgebung abdichtend abschließt.The gear 55 is in engagement with one Drive gear 60, which with the help of an assembly of the drive gear 60 can be divided perpendicular to the longitudinal axis L, having two thrust bearings 61 and a radial bearing 62 Bearing arrangement 63 opposite the housing part 56 or the sliding sleeve 57 is rotatably mounted. At its the End face facing bore sole 41 is the drive gear 60 rotatably connected to a cover 64, which with the aid of two sealing arrangements 65 the drive gear 60 and the bearing arrangement 63 against the environment seals off.

Mit der der Bohrungssohle 41 zugewandten Stirnseite des Deckels 64 ist die Gehäusewandung 52 des Bohrkopfes 10 drehfest verbunden, so daß das von dem Rotationsmotor 11' erzeugte Drehmoment auf den Bohrkopf 10 übertragen und dieser gegenüber dem Bohrstrang 5 in Rotation versetzt wird. Der Antrieb der Führungsspitze 22 erfolgt über die bereits oben beschriebene Mitnehmer/Gegenmitnehmeranordnung 50, 51.With the end face facing the bore sole 41 cover 64 is housing wall 52 of drill head 10 non-rotatably connected so that the rotary motor 11 ' generated torque transferred to the drill head 10 and this is rotated relative to the drill string 5 becomes. The drive of the guide tip 22 takes place via the Driver / counter-driver arrangement already described above 50, 51.

Claims

Method of sinking boreholes, in particular exploratory and production boreholes, in which a drill string (5), which, at its end facing the soil to be removed, comprises a guide tip (22) fixed in the longitudinal direction of the drill string and a drill head (10) having at least one cutting element (29), the drill head (10) being displaceable in the longitudinal direction of the drill string (5) between a top position, in which the guide tip (22) projects beyond the at least one cutting element (29), and a bottom position, in which the at least one cutting element (29) is level with the end (21) of the guide tip (22) or projects beyond this end (21) in the operative direction, is displaced, when the drill head (10) is located in the top position, in the direction of the borehole to be produced until the guide tip (22) fixes the drill string end by interaction with the soil, and then the drill head (10) is displaced into its bottom position in order to produce the borehole.
Method according to Claim 1, characterized in that the drill string (5) is set in rotation about its longitudinal axis, and the drill head (10) and the guide tip (22) are mounted on the drill string in a rotationally locked manner.
Method according to Claim 1, characterized in that the drill string (5) is driven and the drill head (10) is mounted on the drill string (5) in a rotationally locked manner, but the guide tip (22) is mounted on the drill string (5) so as to be rotatable about the longitudinal axis of the drill string.
Method according to Claim 1, characterized in that the drill string (5) is mounted in a rotationally locked manner and the drill head (10) is set in rotation relative to the longitudinal axis (L) of the drill string (5).
Method according to Claim 4, characterized in that the guide tip (22) is mounted so as to be rotatable about the longitudinal axis (L) of the drill string (5) and is set in rotation together with the drill head (10).
Method according to Claim 4, characterized in that the guide tip (22) is mounted so as to be rotatable about the longitudinal axis (L) of the drill string (5) and is carried along by the drill head (10) when the latter, coming from its top position, assumes a position in which the at least one cutting element (29) has at least approximately reached the level of the end (21) of the guide tip (22).
Method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the force with which the end face of the drill head (10) bears against the soil to be removed is set by at least one buoyancy body (32) provided on the drill head (10).
Apparatus for sinking boreholes, in particular exploratory and production boreholes,
having a drill string (5),
having an arrangement mounting the one end of the drill string (5),
having a drill head (10) which is arranged on the other end of the drill string (5) and on which at least one cutting element (29) is provided in the operative direction of the drilling tool,
characterized in that a guide tip (22) fixed in the longitudinal direction of the drill string (5) is provided on that end of the latter which faces the soil (40) to be removed, and in that the drill head (10) can be displaced in the longitudinal direction of the drill string (5) between a top position, in which the guide tip (22) projects beyond the at least one cutting element (29), and a bottom position, in which the at least one cutting element (29) is level with the end (21) of the guide tip (22) or projects beyond this end (21) in the operative direction.
Apparatus according to Claim 8, characterized in that the one end of the drill string is mounted so as to be rotatable about the longitudinal axis of the drill string, and the arrangement comprises a device for driving the drill string in a rotary movement about its longitudinal axis (power-operated rotary head).
Apparatus according to Claim 9, characterized in that the drill head is arranged on the drill string in a rotationally locked manner.
Apparatus according to Claim 10, characterized in that the guide tip is mounted on the drill string so as to be rotatable about the longitudinal axis of the latter.
Apparatus according to Claim 8, characterized in that the one end of the drill string (5) is mounted on the arrangement in a rotationally locked manner.
Apparatus according to Claim 12, characterized in that a cardanic catch device (19) (gimbal) serves for the mounting.
Apparatus according to Claim 13, characterized in that a drive device (11) is assigned to the drill head (10), by means of which drive device (11) the drill head (10) can be set in rotation relative to the drill string (5) about the longitudinal axis (L) of the latter.
Apparatus according to Claim 14, characterized in that the drive device (11) comprises a rotary motor (11') which is arranged on the drill head (10) and interacts with a device arranged on the drill string (5) for receiving a torque.
Apparatus according to Claim 15, characterized in that the device for receiving the torque is a longitudinal tooth system (driver strip 58) which is provided on the drill string and on which the rotary motor is supported for receiving the drive torque.
Apparatus according to Claim 15 or 16, characterized in that the rotary motor is a hydraulic motor.
Apparatus according to Claim 15 or 16, characterized in that the rotary motor is an electric motor.
Apparatus according to one of Claims 12 to 18, characterized in that the guide tip (22) is mounted on the drill string (5) so as to be rotatable about the longitudinal axis (L) of the latter and comprises drivers (50) which can be brought into engagement with mating drivers (51) provided on the drill head (10).
Apparatus according to Claim 19, characterized in that the drivers (50) and mating drivers (51) consist of longitudinal tooth systems which intermesh in the event of the guide tip (22) being driven.
Apparatus according to Claim 19 or 20, characterized in that the drivers (50) and mating drivers (51) are in engagement irrespective of the position of the drill head (10) with respect to the longitudinal direction (L) of the drill string (5).
Apparatus according to Claim 19 or 20, characterized in that the drivers (50) and/or mating drivers (51) are designed in such a way that they are in engagement when the drill head (10) assumes a position in which the at least one cutting element (29) is located before [sic] level of the end (21) of the guide tip (22) or a position in which the at least one cutting element (29) projects beyond the end (21) of the guide tip (22) and they are disengaged when the drill head (10) is in its top position.
Apparatus according to Claims 20 and 22, characterized in that the longitudinal tooth system provided on the guide tip (22) is provided only in the bottom region of the guide tip and the mating tooth system is provided only in the top region of the drill head in such a way that, when the drill head is displaced along the drill string towards the guide tip, the top end of the tooth system comes into engagement with the bottom end of the mating tooth system when that [sic] at least one cutting element virtually reaches the level of the end of the guide tip.
Apparatus according to one of Claims 8 to 23, characterized in that at least one buoyancy body (32) for setting the drilling force acting in the operative direction of the drill head (10) is provided on the drill head (10).
Apparatus according to Claim 24, characterized in that the at least one buoyancy body (32) comprises a tank (33) which can alternatively be flooded or filled with a gas, preferably compressed air.
Apparatus according to one of Claims 8 to 25, characterized in that the arrangement mounting the one end of the drill string is provided on a floating platform (1).
Apparatus according to Claim 26, characterized in that the drill string (5) comprises a top drill string part (6) mounted on the arrangement mounting the drill string and a bottom drill string part (7) mounting the drill head and the guide tip, the top drill string part (6) and the bottom drill string part (7) engaging one inside the other telescopically such as to be displaceable relative to one another in the longitudinal direction of the drill string (5) in such a way that vertical movements of the platform (1) which are caused, for example, by the sea swell are compensated for without the drilling force undergoing a substantial change.
Apparatus according to one of Claims 8 to 27, characterized in that a force generator (piston/cylinder unit 66) variable in length is provided, which is mounted on the bottom drill string part (7) on the one hand and on the drill head (10) on the other hand and in which the variation in length is effected in the direction of the longitudinal axis (L).
Apparatus according to one of Claims 8 to 28, characterized in that at least one buoyancy body (70) is provided on the drill string (5), by means of which buoyancy body (70) the force due to the weight which acts on the arrangement mounting the one end of the drill string can be reduced.
Apparatus according to one of Claims 27 to 29, characterized in that at least one buoyancy body (69) is provided on the bottom drill string part (7).