EP1012440B1 - Bohrvorrichtung - Google Patents

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EP1012440B1
EP1012440B1 EP99936506A EP99936506A EP1012440B1 EP 1012440 B1 EP1012440 B1 EP 1012440B1 EP 99936506 A EP99936506 A EP 99936506A EP 99936506 A EP99936506 A EP 99936506A EP 1012440 B1 EP1012440 B1 EP 1012440B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
string
drilling
drill
external
boring
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99936506A
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English (en)
French (fr)
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EP1012440A1 (de
Inventor
Bernhard Wesselmann
Peter Böttger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HAUSHERR SYSTEM BOHRTECHNIK GMBH & CO. KG I.G.
Original Assignee
Hausherr System Bohrtechnik & Co KG Ig GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of EP1012440A1 publication Critical patent/EP1012440A1/de
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Publication of EP1012440B1 publication Critical patent/EP1012440B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • E21B7/208Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes using down-hole drives
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/18Pipes provided with plural fluid passages
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    • E21B21/12Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor using drilling pipes with plural fluid passages, e.g. closed circulation systems
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    • E21B4/20Drives for drilling, used in the borehole combined with surface drive
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    • E21B6/00Drives for drilling with combined rotary and percussive action
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    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes

Definitions

  • the invention relates to a drilling device with a Rotary impact hammer drill that is outside the borehole arranged and generated by means of drilling energy, one Drill pipe with the rotary hammer drill on one side connected and by means of which the drilling energy from Rotary impact external rotary hammer towards the bottom of the borehole is transferable, and a drill bit that is connected to the bottom of the borehole End of the drill pipe connected and by means of the drilling energy transferred to them by the drill pipe can be implemented in drilling progress.
  • the invention has for its object the above to further develop generic drilling apparatus in such a way that while avoiding the disadvantages mentioned above the generic drilling device on the one hand increased boom stability and on the other hand the Flushing the borehole to be created and the removal of the hole at the bottom of the borehole as drilling progresses Drilling cuttings is made considerably more effective.
  • the Drill pipe is an inner pipe by means of which the drilling energy transferable from the rotary impact hammer drill to the drill bit and in which a first flushing channel is formed, which extends from a first flushing medium supply connection to the drill bit extends, and has an outer linkage that the inner linkage surrounds at a distance and between its inner surface and the outer surface of the inner rod a second Flushing channel forms, the input side of a second Flushing medium supply connection and on the output side through the Outer linkage through holes on the between the Outer surface of the outer rod and the borehole wall trained annulus is connected.
  • the flushing medium pressure can also be in Direction of flow seen behind or above the bottom of the borehole are better maintained.
  • the irrigation even if the drill bit becomes blocked of the borehole through the second flushing channel can be.
  • the annular space can be between the outer surface of the entire drill pipe and the borehole wall can be optimally adapted. This will improved flushing achieved.
  • Almost everyone Rotary impact rotary hammer can with the above Drill rods are equipped.
  • Drilling device can be any conventional one, with rotary impact rotary hammers usable drill rods are provided, with only minor rework on this drill pipe required are.
  • the outer rod of the drill pipe of the invention Drilling device is expediently made of interconnectable Jacket tubes formed so that the latter in the event of damage or the like. can be replaced individually.
  • the casing pipes of the outer linkage can be compared have small wall thickness, which makes it optimal possible adjustment of the cross-sectional area of the annulus between the outer surface of the drill pipe and the borehole wall the overall increase in weight of the drill pipe is relative remains low.
  • a second flow control device in a leading to the second flushing medium supply connection second flushing medium supply line, is arranged so that the flow rate can be adjusted as required by the second rinsing channel can.
  • the outer linkage is advantageously concentric with the inner linkage arranged, creating a significant increase in stability of the drill string is accessible. Because of the increased Stability of the drill string can change the directional accuracy be increased further during drilling.
  • the centering can be carried out in a technically and structurally simple manner of the outer rod in relation to the inner rod reach when each boring bar of the inner rod is in the area has a fastening device at both ends thereof, at the two facing ends of two successive jacket pipes of the outer linkage detachable are attachable. Due to the detachable fastening of the casing pipes their replacement is easy in the event of damage etc. possible.
  • each drill rod of the inner rod is in the area of their both ends has a guide recess, which the her assigned fastening device rotatably and in the axial direction slidably, it is possible that that the outer pipes existing with the casing pipes neither with the Impact stroke to be transmitted impact energy, still with the the rotation of the drill string to transmit rotational energy is applied.
  • the jacket pipes arise Loads due to the friction between the outer surface the casing pipes and the borehole wall or at one Breaking the linkage. The wear of the casing pipes is therefore comparatively small. Nevertheless, the jacket tube can having external linkages reliably prevent larger amounts of rock penetrate into the borehole. The loss a drill pipe due to lack of tractability the same in the event of disturbances in the borehole is thus excluded.
  • a non-rotatable attachment of the outer linkage to the inner linkage is achieved in a simple manner in that the fastening devices with a positive fit in the circumferential direction are connected to the lead recesses.
  • the drilling device according to the invention one can be particularly favorable ratio between the borehole diameter on the one hand and the diameter of the drill pipe on the other to reach. This results in an improved Flushing the borehole as well as a higher effectiveness with the Removal of the cuttings from the bottom of the borehole. This improved flushing is achieved by the invention provided second rinsing channel designed even more optimal. Especially for large holes in the area of borehole diameters between 70 and 180 mm, the invention Drilling device with optimal achievement of the your achievable advantages are used.
  • Drilling device is shown in principle.
  • a drilling device has one in the only one Figure only in terms of how it works principally represented by two arrows rotary hammer drill 1, using the drilling energy in the form of a Rotational and a stroke movement can be generated.
  • Drilling device can be of different types of rotary impact rotary hammers 1 are used.
  • the inner linkage 4 forms part of the whole Drill pipe 5 of the drilling device according to the invention.
  • To the drill pipe 5 also has an outer pipe 6, which the inner rod 4 surrounds concentrically.
  • the drilling energy becomes one Drill bit 7 transmitted by means of the drilling energy progressive destruction of the bottom of the borehole 3 as drilling progresses is feasible.
  • the drill bit 7 has flushing medium outlets 8 on that by means of a drilling medium-side flushing medium connection 9 in fluid communication with a first rinsing channel 10 stand, which in turn via a first flushing medium supply connection 11, the 12 in a holding head drilling device according to the invention is formed, and a first flushing medium supply line 13 to a flushing medium supply source 14 is connected.
  • first flushing medium supply line 13 is one of a drilling rig 15 from operable first flow control device 16 arranged by means of the flushing medium on the borehole bottom 3 depending on the upcoming Rock and other parameters is adjustable.
  • the destroyed in the area of the borehole bottom 3 by the drill bit 7 or crushed rock is by means of the described in the Way to the bottom of the borehole 3 flushing medium through the annular space 17 between the outer surface of the outer rod 6 and the borehole wall 18 is transported upwards towards the borehole mouth 19.
  • the inner linkage 4 consists of non-rotatably connected Boring bars 20, each centered with the first Flushing channel 10 forming axial bores are provided.
  • the drill rods 20 each have one Guide well 21, in which to be described One fastener 22 is supported in each case.
  • the fastening device 22 is used for non-rotatable and axially displaceable attachment of the outer linkage 6 forming Jacket tubes 23 on the inner linkage 4.
  • each fastening device 22 On each fastening device 22 are the mutually associated Ends of two successive jacket tubes 23 fixable.
  • the fastening devices 22 are non-rotatably and axially displaceable in the in the boring bars 20th trained guide recesses 21, so that through the jacket pipes 23 formed outer linkage 6 with respect to the the boring bars 20 formed inner rods 4 rotatably and is axially displaceable.
  • each guide recess 21 corresponds to that Sum of the axial extent of the fastening device assigned to it 22 and the stroke of the rotary impact hammer drill 1; this can prevent the outer linkage 6 or the jacket tubes 23 with the Rotary impact external hammer 1 applied impact energy generated become.
  • Any wear parts 24 necessary for movable attachment of the outer linkage 6 on the inner linkage 4 required are components of the fastening device 22 educated.
  • the casing tubes 23 of the outer linkage 6 designed with an engagement recess 25, which with conventional, Release devices not shown in the figure can work together.
  • the ingredients of the drill pipe 5 designed so that they with proven Magazines, holding heads 12 and release devices used can be.
  • the casing tubes 23 rotate with the inner linkage 4 or the boring bars 20 so that they do not have a torque be charged.
  • the casing tubes 23 can be compared be designed thin-walled, so that the Total weight of the drill pipe 5 through the additional outer pipe 6 not significantly increased.
  • Drilling device formed an annular second irrigation channel 26.
  • This second rinsing channel 26 is by means of a in the holding head 12 provided second flushing medium supply connection 27 connected to a second flushing medium supply line 28, which in turn with the flushing medium supply source 14 is in fluid communication.
  • the second flushing medium supply line 28 is one of the Drill rig 15 from actuatable second flow control device 29 arranged by means of which the flushing medium flow through the second supply line 28 and thus through the second Rinsing channel 26 is adjustable.
  • a lubrication device 30 is provided, by means of which a suitable Lubricant into the second flushing medium supply line 28 can be introduced so that it extends the life of the casing pipes 23 and the threaded connections of the boring bars 20 considerably can increase.
  • jacket tubes 23 are in the illustrated embodiment in each case near the lower fastening devices 22 Bores 31 formed through which flushing medium the second flushing channel 26 into the annular space between the borehole wall 18 and the outer surface of the jacket tubes 23 or the outer rod 6 can penetrate. This can the removal of the borehole bottom 3 by means of the drill bit 7 generated cuttings through the annular space 17 between the outer surface of the outer rod 6 and the borehole wall 18 are strongly supported if necessary, otherwise solely through that through the first flushing channel 10 Drill bit 7 and thus the drilling medium 3 supplied drilling fluid would have to be accomplished.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohrvorrichtung mit einem Drehschlag-Außenbohrhammer, der außerhalb des Bohrlochs angeordnet und mittels dem Bohrenergie erzeugbar ist, einem Bohrgestänge, das an einer Seite mit dem Drehschlag-Außenbohrhammer verbunden und mittels dem die Bohrenergie vom Drehschlag-Außenbohrhammer in Richtung zur Bohrlochsohle übertragbar ist, und einer Bohrkrone, die mit dem bohrlochsohlenseitigen Ende des Bohrgestänges verbunden und mittels der die mittels des Bohrgestänges auf sie übertragene Bohrenergie in Bohrfortschritt umsetzbar ist.
Bei bekannten derartigen Bohrvorrichtungen besteht ein vergleichsweise ungünstiges Verhältnis zwischen dem Durchmesser des zu erstellenden Bohrlochs und dem Durchmesser des Bohrgestänges. Hieraus ergeben sich Schwierigkeiten bei der Spülung des Bohrlochs und beim Abtransport des beim Bohrfortschritt an der Bohrlochsohle entstehenden Bohrkleins. Darüber hinaus ist die mit der eingangs geschilderten Bohrvorrichtung erreichbare Richtungsgenauigkeit beim Bohren sowie die sich ergebende Gestängestabilität relativ gering. Ein exaktes Bohren in der vorgegebenen Bohrrichtung wird mit der eingangs geschilderten herkömmlichen Bohrvorrichtung lediglich bis zu einer Bohrtiefe von 15 m erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte gattungsgemäße Bohrvorrichtung derart weiterzubilden, daß unter Vermeidung der vorstehend erwähnten Nachteile der gattungsgemäßen Bohrvorrichtung einerseits eine erhöhte Gestängestabilität erreicht und andererseits die Spülung des zu erstellenden Bohrlochs sowie der Abtransport des an der Bohrlochsohle beim Bohrfortschritt entstehenden Bohrkleins erheblich effektiver gestaltet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bohrgestänge ein Innengestänge, mittels dem die Bohrenergie vom Drehschlag-Außenbohrhammer zur Bohrkrone übertragbar und in dem ein erster Spülkanal ausgebildet ist, der sich von einem ersten Spülmediumversorgungsanschluß bis zur Bohrkrone erstreckt, und ein Außengestänge aufweist, das das Innengestänge im Abstand umgibt und zwischen seiner Innenmantelfläche und der Außenmantelfläche des Innengestänges einen zweiten Spülkanal ausbildet, der eingangsseitig an einem zweiten Spülmediumversorgungsanschluß und ausgangsseitig durch das Außengestänge durchbrechende Bohrungen an den zwischen der Außenmantelfläche des Außengestänges und der Bohrlochwandung ausgebildeten Ringraum angeschlossen ist. Aufgrund der Reduzierung des Ringraums zwischen der Bohrlochwandung und der Außenmantelfläche des Bohrgestänges aufgrund des Vorhandenseins des Außengestänges kann der Spülmediumdruck auch in Strömungsrichtung gesehen hinter bzw. oberhalb der Bohrlochsohle besser aufrecht erhalten werden. Durch die zusätzliche Spülung durch den zweiten Spülkanal wird darüber hinaus gewährleistet, daß insbesondere bei klüftigem Gestein der Spülmediumstrom nicht mehr unterbrochen wird. Zur Spülung des Bohrlochs steht erheblich mehr Spülmedium zur Verfügung, wobei selbst bei einem Verstopfen der Bohrkrone die Spülung des Bohrlochs durch den zweiten Spülkanal aufrecht erhalten werden kann. Durch das Außengestänge kann der Ringraum zwischen der Außenmantelfläche des gesamten Bohrgestänges und der Bohrlochwandung optimal angepaßt werden. Hierdurch wird eine verbesserte Spülung erreicht. Darüber hinaus ergibt sich ein stabilerer Gestängestrang, so daß ein richtungsgenaues Bohren beim maximaler Bohrleistung auch bei größeren Bohrtiefen ohne weiteres erreicht werden kann. Nahezu jeder Drehschlag-Außenbohrhammer kann mit dem vorstehend geschilderten Bohrgestänge ausgerüstet werden.
Als Innengestänge des Bohrgestänges der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung kann jedes herkömmliche, mit Drehschlag-Außenbohrhämmern einsetzbare Bohrgestänge vorgesehen sein, wobei lediglich geringe Nacharbeiten an diesem Bohrgestänge erforderlich sind.
Das Außengestänge des Bohrgestänges der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung ist zweckmäßigerweise aus miteinander verbindbaren Mantelrohren ausgebildet, so daß letztere bei Beschädigungen od.dgl. einzeln ausgetauscht werden können.
Um den Spülmediumstrom im Ringraum zwischen der Außenmantelfläche des Bohrgestänges und der Bohrlochwandung über die gesamte Bohrlochtiefe nahezu in jedem Bereich unterstützen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die miteinander verbindbaren Mantelrohre jeweils nahe ihrer Verbindungsstelle mit dem in Bohrrichtung folgenden Mantelrohr die sie durchbrechenden Bohrungen aufweisen. Hierdurch kann praktisch über die gesamte Erstreckung des Bohrlochs der Spülmediumstrom zum Abtransport des Bohrkleins unterstützt werden.
Die Mantelrohre des Außengestänges können eine vergleichsweise geringe Wandstärke aufweisen, wodurch trotz optimal möglicher Anpassung der Querschnittsfläche des Ringraums zwischen Außenmantelfläche des Bohrgestänges und Bohrlochwandung die Gewichtserhöhung des Bohrgestänges insgesamt relativ gering bleibt.
Wenn in einer zum zweiten Spülmediumversorgungsanschluß führenden zweiten Spülmediumzufuhrleitung eine Schmiereinrichtung angeordnet ist, ist es möglich, die Mantelrohre und die Gewindeverbindungen der das Innengestänge bildenden Bohrstangen besser zu schmieren, so daß sich für das Bohrgestänge erhöhte Standzeiten ergeben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in einer zum zweiten Spülmediumversorgungsanschluß führenden zweiten Spülmediumzufuhrleitung eine zweite Durchflußregeleinrichtung angeordnet ist, so daß der Durchflußstrom durch den zweiten Spülkanal bedarfsgerecht eingestellt werden kann.
Vorteilhaft ist das Außengestänge konzentrisch zum Innengestänge angeordnet, wodurch eine erhebliche Erhöhung der Stabilität des Gestängestrangs erreichbar ist. Aufgrund der erhöhten Stabilität des Gestängestrangs kann die Richtungsgenauigkeit beim Bohren weiter erhöht werden.
In technisch-konstruktiv einfacher Weise läßt sich die Zentrierung des Außengestänges in bezug auf das Innengestänge erreichen, wenn jede Bohrstange des Innengestänges im Bereich ihrer beiden Enden eine Befestigungseinrichtung aufweist, an der die beiden einander zugewandten Enden zweier aufeinanderfolgender Mantelrohre des Außengestänges lösbar befestigbar sind. Durch die lösbare Befestigung der Mantelrohre ist deren Austausch bei Beschädigungen etc. einfach möglich.
Wenn jede Bohrstange des Innengestänges im Bereich ihrer beiden Enden eine Führvertiefung aufweist, welche die ihr zugeordnete Befestigungseinrichtung drehfest und in Axialrichtung verschieblich haltert, ist es möglich, daß das aus den Mantelrohren bestehende Außengestänge weder mit der beim Schlaghub zu übertragenden Schlagenergie, noch mit der bei der Drehung des Bohrgestänges zu übertragenden Drehenergie beaufschlagt wird. An den Mantelrohren entstehen allenfalls Belastungen aufgrund der Reibung zwischen der Außenmantelfläche der Mantelrohre und der Bohrlochwand oder bei einem Brechen des Gestänges. Der Verschleiß der Mantelrohre ist daher vergleichsweise gering. Dennoch kann das das Mantelrohr aufweisende Außengestänge zuverlässig verhindern, daß größere Gesteinsmengen in das Bohrloch eindringen. Der Verlust eines Bohrgestänges aufgrund mangelnder Ziehbarkeit desselben bei Störungen im Bohrloch wird somit ausgeschlossen.
Um in jedem Fall eine Übertragung von Schlagenergie auf das Außengestänge zu vermeiden, sollte die Axialerstreckung jeder Führvertiefung etwa der Summe aus der Axialerstreckung der in ihr gehalterten Befestigungseinrichtung und dem Schlaghub des Drehschlag-Außenbohrhammers entsprechen. Entsprechend dem Schlaghub des Drehschlag-Anbohrhammers ergibt sich dann eine axiale Verstellbarkeit zwischen dem Innenund dem Außengestänge.
Eine drehfeste Anbringung des Außengestänges am Innengestänge wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß die Befestigungseinrichtungen in Umfangsrichtung formschlüssig mit den Führvertiefungen verbunden sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind etwaig für die Halterung der Mantelrohre aneinander und am Innengestänge erforderliche Verschleißteile in der Befestigungseinrichtung angeordnet. Diese Verschleißteile können dann durch Austausch der Befestigungseinrichtung erneuert werden.
Mit der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung läßt sich ein besonders günstiges Verhältnis zwischen dem Bohrlochdurchmesser einerseits und dem Durchmesser des Bohrgestänges andererseits erreichen. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Spülung des Bohrlochs sowie eine höhere Effektivität bei der Abförderung des an der Bohrlochsohle entstehenden Bohrkleins. Diese verbesserte Spülung wird durch den erfindungsgemäß vorgesehenen zweiten Spülkanal noch optimaler gestaltet. Insbesondere für Großlochbohrungen im Bereich von Bohrlochdurchmessern zwischen 70 und 180 mm kann die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung unter optimaler Erreichung der mit ihr erzielbaren Vorteile eingesetzt werden. Aufgrund des bei der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung vorhandenen zweiten Spülmediumstroms wird erreicht, daß die aufwärts gerichtete Spülmediumströmung im Ringraum zwischen der Außenmantelfläche des Bohrgestänges und der Bohrlochwandung auch bei flüchtigem Gestein nicht abreißt, denn oberhalb einer Kluft entsteht ein Unterdruck, mittels dem das Bohrklein nach oben gezogen wird. Mittels des zweiten Spülkanals können bei Bedarf auch Bindemittel, z.B. Glukose od.dgl., zur Stabilisierung der Bohrlochwandung eingebracht werden. Resultierend aus der mittels der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung erreichten Optimierung kann die Antriebsleistung der Bohrvorrichtung und können deren Kompressoren verkleinert werden.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in deren einziger Figur eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung prinzipiell dargestellt ist.
Eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung hat einen in der einzigen Figur lediglich hinsichtlich seiner Funktionsweise prinzipiell durch zwei Pfeile dargestellten Drehschlag-Außenbohrhammer 1, mittels dem Bohrenergie in Form einer Dreh- und einer Schlagbewegung erzeugbar ist. Für die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung können unterschiedliche Bautypen von Drehschlag-Außenbohrhämmern 1 zum Einsatz kommen.
Die Übertragung der vom Drehschlag-Außenbohrhammer 1, der außerhalb des Bohrlochs 2 angeordnet ist, erzeugten Bohrenergie zur Bohrlochsohle 3 erfolgt mittels eines Innengestänges 4, das so mit dem Drehschlag-Außenbohrhammer 1 verbunden ist, daß die Dreh- und die Schlagbewegung, wie sie vom Drehschlag-Außenbohrhammer 1 erzeugt wird, auf das Innengestänge 4 übertragbar ist.
Das Innengestänge 4 bildet einen Bestandteil des gesamten Bohrgestänges 5 der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung.
Zu dem Bohrgestänge 5 gehört noch ein Außengestänge 6, welches das Innengestänge 4 konzentrisch umgibt.
Mittels des Innengestänges 4 wird die Bohrenergie zu einer Bohrkrone 7 übertragen, mittels der die Bohrenergie durch fortschreitende Zerstörung der Bohrlochsohle 3 in Bohrfortschritt umsetzbar ist.
Zum Abtransport des bei der Zerstörung der Bohrlochsohle 3 entstehenden Bohrkleins weist die Bohrkrone 7 Spülmediumauslässe 8 auf, die mittels eines bohrkronenseitigen Spülmediumanschlusses 9 in Fluidverbindung mit einem ersten Spülkanal 10 stehen, der seinerseits über einen ersten Spülmediumversorgungsanschluß 11, der in einem Haltekopf 12 der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung ausgebildet ist, und eine erste Spülmediumversorgungsleitung 13 an eine Spülmediumversorgungsquelle 14 angeschlossen ist.
In der ersten Spülmediumversorgungsleitung 13 ist eine von einem Bohrstand 15 aus bedienbare erste Durchflußregeleinrichtung 16 angeordnet, mittels der die Spülmediumbeaufschlagung an der Bohrlochsohle 3 in Abhängigkeit vom anstehenden Gestein und anderen Parametern einstellbar ist. Das im Bereich der Bohrlochsohle 3 durch die Bohrkrone 7 zerstörte bzw. zerkleinerte Gestein wird mittels des in der beschriebenen Weise zur Bohrlochsohle 3 gelangenden Spülmediums durch den Ringraum 17, der zwischen der Außenmantelfläche des Außengestänges 6 und der Bohrlochwandung 18 ausgebildet ist, aufwärts in Richtung zum Bohrlochmund 19 abtransportiert.
Das Innengestänge 4 besteht aus miteinander drehfest verbundenen Bohrstangen 20, die jeweils mittig mit den ersten Spülkanal 10 ausbildenden Axialbohrungen versehen sind.
Nahe ihren Enden weisen die Bohrstangen 20 jeweils eine Führvertiefung 21 auf, in denen in noch zu beschreibender Weise jeweils eine Befestigungseinrichtung 22 gehaltert ist. Die Befestigungseinrichtung 22 dient zur drehfesten und axialverschieblichen Anbringung von das Außengestänge 6 ausbildenden Mantelrohren 23 am Innengestänge 4.
An jeder Befestigungseinrichtung 22 sind die einander zugeordneten Enden zweier aufeinanderfolgender Mantelrohre 23 befestigbar. Die Befestigungseinrichtungen 22 sitzen drehfest und axialverschieblich in den in den Bohrstangen 20 ausgebildeten Führvertiefungen 21, so daß das durch die Mantelrohre 23 gebildete Außengestänge 6 in bezug auf das durch die Bohrstangen 20 ausgebildete Innengestänge 4 drehfest und axialverschieblich angeordnet ist.
Die Axialerstreckung jeder Führvertiefung 21 entspricht der Summe aus der Axialerstreckung der ihr zugeordneten Befestigungseinrichtung 22 und dem Schlaghub des Drehschlag-Außenbohrhammers 1; hierdurch kann verhindert werden, daß das Außengestänge 6 bzw. die Mantelrohre 23 mit der vom Drehschlag-Außenbohrhammer 1 erzeugten Schlagenergie beaufschlagt werden.
Etwaige Verschleißteile 24, die für die bewegliche Anbringung des Außengestänges 6 am Innengestänge 4 erforderlich sind, sind als Bestandteile der Befestigungseinrichtung 22 ausgebildet.
Des weiteren sind die Mantelrohre 23 des Außengestänges 6 mit einer Eingriffsvertiefung 25 ausgestaltet, die mit herkömmlichen, in der Figur nicht dargestellten Lösevorrichtungen zusammenwirken können. Darüber hinaus sind die Bestandteile des Bohrgestänges 5 so gestaltet, daß sie mit bewährten Magazinen, Halteköpfen 12 und Lösevorrichtungen verwendet werden können.
Die Mantelrohre 23 drehen sich mit dem Innengestänge 4 bzw. den Bohrstangen 20, so daß sie nicht mit einem Drehmoment belastet werden.
Aufgrund der geringen mechanischen Belastung der Mantelrohre 23 des Außengestänges 6 können die Mantelrohre 23 vergleichsweise dünnwandig ausgestaltet werden, so daß sich das Gesamtgewicht des Bohrgestänges 5 durch das zusätzliche Auβengestänge 6 nicht erheblich erhöht.
Zwischen der Außenmantelfläche des Innengestänges 4 bzw. der Bohrstangen 20 und der Innenmantelfläche des Außengestänges 6 bzw. der Mantelrohre 23 wird bei der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung ein ringförmiger zweiter Spülkanal 26 ausgebildet. Dieser zweite Spülkanal 26 ist mittels eines im Haltekopf 12 vorgesehenen zweiten Spülmediumversorgungsanschlusses 27 an eine zweite Spülmediumzufuhrleitung 28 angeschlossen, die ihrerseits mit der Spülmediumversorgungsquelle 14 in Fluidverbindung steht.
In der zweiten Spülmediumzufuhrleitung 28 ist eine vom Bohrstand 15 aus betätigbare zweite Durchflußregeleinrichtung 29 angeordnet, mittels der der Spülmediumstrom durch die zweite Versorgungsleitung 28 und damit durch den zweiten Spülkanal 26 einstellbar ist.
Des weiteren ist in der zweiten Spülmediumzufuhrleitung 28 eine Schmiereinrichtung 30 vorgesehen, mittels der ein geeignetes Schmiermittel in die zweite Spülmediumzufuhrleitung 28 einbringbar ist, so daß es die Lebensdauer der Mantelrohre 23 sowie der Gewindeverbindungen der Bohrstangen 20 beträchtlich erhöhen kann.
In den Mantelrohren 23 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils nahe den unteren Befestigungseinrichtungen 22 Bohrungen 31 ausgebildet, durch die hindurch Spülmedium aus dem zweiten Spülkanal 26 in den Ringraum zwischen der Bohrlochwandung 18 und der Außenmantelfläche der Mantelrohre 23 bzw. des Außengestänges 6 eindringen kann. Hierdurch kann die Abförderung des an der Bohrlochsohle 3 mittels der Bohrkrone 7 erzeugten Bohrkleins durch den Ringraum 17 zwischen der Außenmantelfläche des Außengestänges 6 und der Bohrlochwandung 18 bei Bedarf stark unterstützt werden, der ansonsten allein durch das durch den ersten Spülkanal 10 der Bohrkrone 7 und damit der Bohrlochsohle 3 zugeführte Spülmedium bewerkstelligt werden müßte.
Des weiteren wird der Abtransport des an der Bohrlochsohle 3 durch die Bohrkrone 7 erzeugten Bohrkleins durch den Ringraum 17 auch dadurch erleichtert, daß aufgrund des Vorhandenseins des Außengestänges 6 die Querschnittsfläche des Ringraums 17 erheblich reduziert ist, so daß der Druck des Spülmediums im Ringraum 17 vergleichsweise groß bleibt.
Aufgrund der Zentrierung des Außengestänges 6 am Innengestänge 4 mittels der Befestigungseinrichtungen 20 wird eine höhere Stabilität des Bohrgestänges 5 sowie eine erhöhte Richtungsgenauigkeit beim Bohren erreicht.
Durch die Bohrungen 31 im Außengestänge 6 kann im Ringraum 17 ein erhöhter Spülmediumstrom erzeugt werden, was insbesondere bei klüftigem Gestein den Vorteil birgt, daß eine Unterbrechung des Spülmediumstroms nicht mehr auftritt. Selbst für den Fall, daß die durch den ersten Spülkanal 10 zur Bohrlochsohle 3 geführte Spülmediumströmung aufgrund irgendwelcher Umstände, z.B. bei einer Verstopfung der Bohrkrone 7, abbricht, kann der Spülmediumstrom durch den zweiten Spülkanal 26, ggf. durch Einstellung an der zweiten Durchflußregeleinrichtung 29 mit einer erhöhten Durchflußmenge, aufrecht erhalten werden.
Aufgrund der mittels des Außengestänges 6 bewirkten Reduzierung des Querschnitts des Ringraums 17 wird das Nachfallen größerer Gesteinsmengen in das Bohrloch 2 nachhaltig reduziert bzw. verhindert. Die Wahrscheinlichkeit eines Verlusts des Bohrgestänges 5 aufgrund der Tatsache, daß das Bohrgestänge 5 nicht mehr gezogen werden kann, ist somit erheblich reduziert.
Aufgrund der Bohrungen 31 im Außengestänge 6 ist es möglich, im Bedarfsfall dosiert Hilfsmittel zur Stabilisierung der Bohrlochwandung 18 an der gewünschten Stelle einzubringen.
Mittels des - wie vorstehend beschrieben - erfindungsgemäß ausgestalteten Bohrgestänges 5 sind somit eine bessere Spülung, ein stabilerer Bohrstrang, eine erhöhte Bohrleistung und auch oberhalb von 15 m Bohrtiefe ein richtungsgenaueres Bohren möglich. Desweiteren ist aufgrund der mit der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung erreichbaren Optimierung eine kleinere zu installierende Antriebsleistung möglich, wobei darüber hinaus kleinere Kompressoren eingesetzt werden können.

Claims (13)

  1. Bohrvorrichtung mit einem Drehschlag-Außenbohrhammer (1), der außerhalb des Bohrlochs (2) angeordnet und mittels dem Bohrenergie erzeugbar ist, einem Bohrgestänge (5), das an einer Seite mit dem Drehschlag-Außenbohrhammer (1) verbunden und mittels dem die Bohrenergie vom Drehschlag-Außenbohrhammer (1) in Richtung zur Bohrlochsohle (3) übertragbar ist, und einer Bohrkrone (7), die mit dem bohrlochsohlenseitigen Ende des Bohrgestänges (5) verbunden und mittels der die mittels des Bohrgestänges (5) auf sie übertragene Bohrenergie in Bohrfortschritt umsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (5) ein Innengestänge (4), mittels dem die Bohrenergie vom Drehschlag-Außenbohrhammer (1) zur Bohrkrone (7) übertragbar und in dem ein erster Spülkanal (10) ausgebildet ist, der sich von einem ersten Spülmediumversorgungsanschluß (11) bis zur Bohrkrone (7) erstreckt, und ein Außengestänge (6) aufweist, das das Innengestänge (4) im Abstand umgibt und zwischen seiner Innenmantelfläche und der Außenmantelfläche des Innengestänges (4) einen zweiten Spülkanal (26) ausbildet, der eingangsseitig an einem zweiten Spülmediumversorgungsanschluß (27) und ausgangsseitig durch das Außengestänge (6) durchbrechende Bohrungen (31) an den zwischen der Außenmantelfläche des Außengestänges (6) und der Bohrlochwandung (18) ausgebildeten Ringraum (17) angeschlossen ist.
  2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Innengestänge (4) als herkömmliches mit Drehschlag-Außenbohrhämmern (1) einsetzbares Bohrgestänge ausgebildet ist.
  3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Außengestänge (6) aus miteinander verbindbaren Mantelrohren (23) ausgebildet ist.
  4. Bohrvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die miteinander verbindbaren Mantelrohre (23) jeweils nahe ihrer Verbindungsstelle mit dem in Bohrrichtung folgenden Mantelrohr (23) die sie durchbrechenden Bohren (31) aufweisen.
  5. Bohrvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Mantelrohre (23) des Außengestänges (6) eine vergleichsweise geringe Wandstärke aufweisen.
  6. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der in einer zum zweiten Spülmediumversorgungsanschluß (27) führenden zweiten Spülmediumzufuhrleitung (28) eine Schmiereinrichtung (30) angeordnet ist.
  7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der in einer zum zweiten Spülmediumversorgungsanschluß (27) führenden zweiten Spülmediumzufuhrleitung (28) eine zweite Durchflußregeleinrichtung (29) angeordnet ist.
  8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Außengestänge(6) konzentrisch zum Innengestänge (4) angeordnet ist.
  9. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der jede Bohrstange (20) des Innengestänges (4) im Bereich ihrer beiden Enden eine Befestigungseinrichtung (22) aufweist, an der die beiden einander zugewandten Enden zweier aufeinanderfolgender Mantelrohre (23) des Außengestänges (6) lösbar befestigbar sind.
  10. Bohrvorrichtung nach Anspruch 9, bei der jede Bohrstange (20) des Innengestänges (4) im Bereich ihrer beiden Enden eine Führvertiefung (21) aufweist, welche die ihr zugeordnete Befestigungseinrichtung (22) drehfest und in Axialrichtung verschieblich haltert.
  11. Bohrvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Axialerstreckung jeder Führvertiefung (21) etwa der Summe aus der Axialerstreckung der in ihr gehalterten Befestigungseinrichtung (22) und dem Schlaghub des Drehschlag-Außenbohrhammers (1) entspricht.
  12. Bohrvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Befestigungseinrichtungen (22) in Umfangsrichtung formschlüssig mit den Führvertiefungen (21) verbunden sind.
  13. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei der etwaig für die Halterung der Mantelrohre (23) aneinander und am Innengestänge (4) erforderliche Verschleißteile (24) in der Befestigungseinrichtung (22) angeordnet sind.
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