EP1448866B1 - Verfahren und vorrichtung zum bohren von löchern - Google Patents

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EP1448866B1
EP1448866B1 EP02791587A EP02791587A EP1448866B1 EP 1448866 B1 EP1448866 B1 EP 1448866B1 EP 02791587 A EP02791587 A EP 02791587A EP 02791587 A EP02791587 A EP 02791587A EP 1448866 B1 EP1448866 B1 EP 1448866B1
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EP
European Patent Office
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drill
jacket tube
drill bit
rod assembly
drilling
Prior art date
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EP02791587A
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French (fr)
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EP1448866A1 (de
Inventor
Josef Mocivnik
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Techmo Entwicklungs und Vertriebs GmbH
Original Assignee
Techmo Entwicklungs und Vertriebs GmbH
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Publication date
Application filed by Techmo Entwicklungs und Vertriebs GmbH filed Critical Techmo Entwicklungs und Vertriebs GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/10—Valve arrangements in drilling-fluid circulation systems
    • E21B21/103—Down-hole by-pass valve arrangements, i.e. between the inside of the drill string and the annulus
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/12—Methods 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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole

Definitions

  • the present invention relates to a method for drilling, in particular impact or rotary impact drilling, of Holes in soil or rock material, where by a drill bit supported on a drill pipe by a hammering and / or rotating motion a borehole is formed and a cladding tube is inserted into the wellbore is degraded, with at least one supply port degraded Material and / or in particular through the drill pipe in the area of the drill bit introduced rinsing or cooling fluid in one between the outer circumference of the drill string and introduced into the inner circumference of the cladding tube defined annular space and discharged from the wellbore.
  • the invention further relates to a device for drilling, in particular impact or rotary impact drilling, from holes in Soil or rock material, one on a drill string mounted drill bit by a beating and / or rotating motion forms a borehole and a drill pipe surrounding jacket or cladding tube in the borehole einbringbar, in particular through the interior of the Bohrgestlindes a rinsing or cooling fluid in the field of Removal surface of the drill bit can be brought in and mined material and / or the rinsing or cooling fluid over at least one Feed opening in an annulus between the drill pipe and the cladding tube einbringbar and ausbringbar from the borehole is.
  • Methods and devices of the type mentioned are for example from AT-B 390 303, WO 98/21439 or WO 00/57019 known, in these known embodiments degraded material and / or introduced flushing or cooling fluid substantially via a between the Drill pipe and the cladding tube defined annulus applied becomes.
  • the flushing or cooling fluid may be in the range the excavation surface of the drill bit, for example via a corresponding cavity introduced in the interior of the drill string become.
  • a disadvantage of these known embodiments is in particular the fact that at a water entry when performing the drilling, where appropriate the water enters the borehole under high pressure, this incoming water together with the mined material as well as the introduced rinsing or cooling fluid in particular through the annulus between the drill string and the cladding tube as well as along the outer circumference of the cladding tube is discharged from the well and thus a hazard representing for the operator, wherein due to a prevailing, high pressure, if necessary also the entire drilling device against the drilling direction can be discharged from the borehole.
  • the present invention aims to provide a method and a device of the type mentioned above further, that upon entry of water, if necessary under high pressure, in the borehole and especially in the Ensured area of the drill bit a seal to this effect can be that the leakage of water in particular about the available during the normal drilling process stationary transport cross sections for mined material and rinsing or cooling fluid is prevented and a safe Anchoring the drilling device or at least the Jacket or cladding tube is achieved.
  • the method of the beginning mentioned type essentially characterized in that at or after completion of the well, the supply of Flushing or cooling fluid is interrupted in the drill bit, that the feed opening for the introduction of mined material and / or rinsing or cooling fluid in the annular space between interrupted the drill pipe and the cladding tube, in particular is sealed fluid-tight and that the jacket or cladding tube at its projecting from the borehole end set the borehole wall and against this fluid-tight is sealed.
  • both the Supply of flushing or cooling fluid interrupted in the drill bit is as well as the access or supply opening in the Annular space between the drill string and the cladding tube interrupted or is sealed fluid-tight, it is ensured that upon entry of water into the wellbore, in particular in the area of the drill bit, this if necessary high pressure water is not contrary to Supply direction for the flushing or cooling fluid and in the Abtransportides for the mined material and the introduced Rinsing or cooling fluid discharged from the wellbore will, so that a corresponding threat to the operator as well as damage outside of Boreholes located additional devices prevented becomes.
  • the invention provides that the jacket or cladding tube at its protruding from the borehole Fixed end against the borehole wall and fluid-tight is sealed, so that also a leakage of water over the between the outer circumference of the cladding tube and the Boreholeinnenwand free space safely avoided becomes. It is thus provided according to the invention that in the area the drill bit a reliable seal the annulus between the drill string and the cladding tube, which during the drilling process for a removal of the mined Material is used, achievable and simultaneously leakage of water over the outer circumference of the cladding tube is also prevented. It also ensures that not contrary to the feed pressure for the rinsing or cooling fluid optionally water via the supply line drilled out of the drill hole in the drill pipe and in corresponding feeders outside the borehole is introduced.
  • the jacket tube supply opening for an introduction of material in the annulus between the drill pipe and the cladding tube by moving the drill bit against the direction of drilling over at least one of the the excavation surface of the drill bit facing away end provided Sealing is sealed.
  • the cladding tube in the region of the seal on the from the borehole projecting end to prevent a Secured distance from borehole counter to drilling direction, in particular wedged or jammed.
  • a Secured distance from borehole counter to drilling direction in particular wedged or jammed.
  • the drill bit For an appropriate backup of after removing the Drill string in the borehole remaining cladding as well the drill bit is according to a further preferred embodiment suggested that after removing the drill pipe in a conventional manner, the borehole, in particular the jacket or cladding tube, with a hardening material is filled.
  • a device of the type mentioned above essentially characterized that in the supply line for the flushing or cooling fluid into the drill bit as well as in the area of at least a feed opening in the annulus between the drill string and at least one sealing element is provided to the cladding tube is and that the cladding on the borehole projecting end to the surrounding soil or rock material via a fixing and / or sealing device set and sealed fluid-tight.
  • both the supply line for a supply of the flushing or cooling fluid into the drill bit as also the supply opening for the removal of dismantled Material and introduced rinsing or cooling fluid accordingly is interrupted and sealed to a withdrawal optionally water entering at high pressure over the drill bit as well as during the drilling process to prevent transport cross-section provided.
  • an appropriate determination and / or sealing device for fixing and sealing provided the projecting from the borehole end of the cladding tube.
  • Such a check valve can be correspondingly easy and cost, especially in the field of drill bit immediately before the exit of the flushing fluid from corresponding Through openings in the mining area of the Arrange drill bit and results in the event that in the area the mining area entering water a higher Should have pressure as the supply pressure of the flushing fluid, immediately an automatic interruption and sealing the supply line for the flushing fluid.
  • One Such sealing element can be correspondingly to that of the excavation surface of the drill bit opposite end of the drill bit provide, as already explained above, by a retraction of the drill bit in the cladding tube on completion the bore or possibly a movement of the Drill bit by acting on the mining surface water pressure against the propulsive forces directly and automatically the at least one feed opening in the annulus between interrupted the drill pipe and the cladding tube and is sealed, so that a leakage of water, in particular under high pressure, reliable over this annulus to the outside is prevented.
  • the sealing element at a matched to the inner dimensions of the cladding tube Extension of the drill bit is formed, which with additional Sealing elements, in particular sealing rings formed is.
  • Such an extension is used during the drilling process as a guide for centering the drill bit in the Cladding tube and can be correspondingly accurate in one, if necessary reinforced, received front portion of the cladding to be after a retraction or retraction the drill bit counter to the drilling direction in the cladding tube a reliable sealing of the feed opening in the annulus between the drill string and the cladding tube.
  • the sealing effect can hiebei next to a precise fit arrangement the drill bit or the extension of the drill bit in Cladding by additional provision of sealing elements, in particular seals are supported, which in particular are arranged such that in the closed position the additional sealing elements according to the positioning or formation of the at least one access opening are arranged.
  • Fixing and sealing the projecting from the borehole End of the cladding tube is according to a further preferred Embodiment proposed that at the fixing and / or sealing device for fixing and sealing of the cladding tube at the projecting from the borehole End provided at least one securing or clamping element is.
  • Such a securing or clamping element allows a substantially unhindered introduction of the Cladding during the drilling process, during an application or force in the sense of expulsion of the cladding tube from the borehole counter to the drilling direction an additional clamping force and thus supporting power is provided for fixing the cladding tube.
  • a special reliable and easy to manufacture additional protection of the cladding can be hiebei thereby achieve that the securing or clamping element of a ring element surrounding the cladding tube is formed, which on its outer surface a conically tapering Has surface and with a complementary, conical tapered inner surface of the fixing element at a movement of the cladding tube cooperates counter to the direction of drilling and a movement of the cladding tube against the Drilling direction prevents, as a further preferred Embodiment of the device according to the invention corresponds.
  • a drill bit 1 which is mounted on a drill pipe 2 is made a hole 3, the drill bit 1 at its excavation surface 4, for example, corresponding hard material or carbide inserts 5 has.
  • a rinsing or cooling fluid in the area of the mining area 4 of the drill bit 1 is introduced, wherein in Figs. 1 and 2, an outlet opening 7 is indicated.
  • a check valve 8 which is opposite to the 9 indicated Supply direction for the flushing or cooling fluid closes.
  • the drill string 2 is surrounded by a cladding tube 10, wherein degraded material and introduced flushing or cooling fluid according to the arrows 26 via passage or Feed openings 12 in the annular space 13 between the outer periphery the drill string 2 and the inner circumference of the cladding tube 10 introduced and deployed from the borehole 3 becomes, as shown in Fig. 1, which the drilling state shows.
  • the cladding tube 10 is projecting at its out of the borehole 3 End region 14 via a fixing device 15 on the the borehole 3 surrounding material 16 secured, in addition a sealing element 17 is indicated.
  • Fig. 2 the state is shown, in which the drill bit 1 either against the drilling direction 9 in the interior of the cladding tube 10 has been withdrawn or the drill bit 1 for example, by an entry of fluid, in particular Water according to the arrow 21 in the interior of the borehole 3 shifted against the drilling direction in the cladding tube 10 has been.
  • fluid in particular Water according to the arrow 21 in the interior of the borehole 3 shifted against the drilling direction in the cladding tube 10 has been.
  • the position shown in Fig. 2 includes an entry of water under high pressure in the front of Dismantling surface of the drill bit 1 lying space 22 the check valve 8 in the supply line 6 for the rinsing or Cooling fluid.
  • the supply openings 12 in the annulus 13 between the drill string 2 and the cladding tube 10 by a sealing member 23 is closed, which on an extension 24 facing away from the excavation surface 4 of the drill bit 1 End is formed, wherein the sealing member 23rd not only according to the exact fit inside the cladding tube 10th is guided, but to further support the sealing effect additional sealing elements 25, in particular sealing rings having. It is thus reliable by the sealing element 23 an entry of material as well as possibly Water under high pressure into the interior of the annular space 13 avoided.

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial, wobei durch eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch gebildet wird und ein Mantel- bzw. Hüllrohr in das Bohrloch eingebracht wird, wobei über wenigstens eine Zufuhröffnung abgebautes Material und/oder insbesondere durch das Bohrgestänge in den Bereich der Bohrkrone eingebrachtes Spül- bzw. Kühlfluid in einen zwischen dem Außenumfang des Bohrgestänges und dem Innenumfang des Hüllrohrs definierten Ringraum eingebracht und aus dem Bohrloch ausgebracht wird. Die Erfindung bezieht sich weiters auf eine Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial, wobei eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch ausbildet und ein das Bohrgestänge umgebendes Mantel- bzw. Hüllrohr in das Bohrloch einbringbar ist, wobei insbesondere durch das Innere des Bohrgestänges ein Spül- bzw. Kühlfluid in den Bereich der Abbaufläche der Bohrkrone einbringbar und abgebautes Material und/oder das Spül- bzw. Kühlfluid über wenigstens eine Zufuhröffnung in einen Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Hüllrohr einbringbar und aus dem Bohrloch ausbringbar ist.
Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der AT-B 390 303, der WO 98/21439 oder der WO 00/57019 bekannt, wobei bei diesen bekannten Ausbildungen abgebautes Material und/oder eingebrachtes Spül- bzw. Kühlfluid im wesentlichen über einen zwischen dem Bohrgestänge und dem Hüllrohr definierten Ringraum ausgebracht wird. Das Spül- bzw. Kühlfluid kann in den Bereich der Abbaufläche der Bohrkrone beispielsweise über einen entsprechenden Hohlraum im Inneren des Bohrgestänges eingebracht werden. Nachteilig bei diesen bekannten Ausführungsformen ist insbesondere die Tatsache, daß bei einem Wassereintritt bei Durchführung der Bohrung, wobei gegebenenfalls das Wasser unter hohem Druck in das Bohrloch eintritt, dieses eintretende Wasser gemeinsam mit dem abgebauten Material als auch dem eingebrachten Spül- bzw. Kühlfluid insbesondere durch den Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Hüllrohr als auch entlang des Außenumfangs des Hüllrohrs aus dem Bohrloch ausgebracht wird und somit eine Gefährdung für das Bedienungspersonal darstellen kann, wobei aufgrund eines herrschenden, hohen Drucks gegebenenfalls auch die gesamte Bohreinrichtung entgegen der Bohrrichtung aus dem Bohrloch ausgebracht werden kann.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei Eintritt von Wasser, gegebenenfalls unter hohem Druck, in das Bohrloch und insbesondere in dem Bereich der Bohrkrone eine Abdichtung dahingehend sichergestellt werden kann, daß der Austritt von Wasser insbesondere über die während des normalen Bohrvorgangs zur Verfügung stehenden Transportquerschnitte für abgebautes Material und Spül- bzw. Kühlfluid verhindert wird und eine sichere Verankerung der Bohreinrichtung bzw. zumindest des Mantel- bzw. Hüllrohrs erzielt wird.
Zur Lösung dieser Aufgaben ist das Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß bei bzw. nach Fertigstellung des Bohrloches die Zufuhr von Spül- bzw. Kühlfluid in die Bohrkrone unterbrochen wird, daß die Zufuhröffnung für das Einbringen von abgebautem Material und/oder Spül- bzw. Kühlfluid in den Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Hüllrohr unterbrochen, insbesondere fluiddicht abgedichtet wird und daß das Mantel- bzw. Hüllrohr an seinem aus dem Bohrloch ragenden Ende an der Bohrlochwand festgelegt und gegenüber dieser fluiddicht abgedichtet wird. Dadurch, daß erfindungsgemäß sowohl die Zufuhr von Spül- bzw. Kühlfluid in die Bohrkrone unterbrochen wird als auch die Zutritts- bzw. Zufuhröffnung in den Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Hüllrohr unterbrochen bzw. fluiddicht abgedichtet wird, wird sichergestellt, daß bei Eintritt von Wasser in das Bohrloch, insbesondere im Bereich der Bohrkrone, dieses gegebenenfalls unter hohem Druck stehende Wasser nicht entgegen der Zufuhrrichtung für das Spül- bzw. Kühlfluid als auch in der Abtransportrichtung für das abgebaute Material und das eingebrachte Spül- bzw. Kühlfluid aus dem Bohrloch ausgetragen wird, so daß eine entsprechende Gefährdung des Bedienungspersonals als auch eine Beschädigung der außerhalb des Bohrloches befindlichen Zusatzeinrichtungen verhindert wird. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Mantel- bzw. Hüllrohr an seinem aus dem Bohrloch ragenden Ende gegenüber der Bohrlochwand festgelegt und fluiddicht abgedichtet wird, so daß auch ein Austritt von Wasser über den zwischen dem Außenumfang des Hüllrohrs und der Bohrlochinnenwand befindlichen Freiraum sicher vermieden wird. Es ist somit erfindungsgemäß vorgesehen, daß im Bereich der Bohrkrone eine zuverlässige Abdichtung des Ringraums zwischen dem Bohrgestänge und dem Hüllrohr, welcher während des Bohrvorgangs für einen Abtransport des abgebauten Materials verwendet wird, erzielbar ist und gleichzeitig ein Austreten von Wasser über den Außenumfang des Hüllrohrs ebenfalls unterbunden wird. Weiters wird sichergestellt, daß nicht entgegen dem Zufuhrdruck für das Spül- bzw. Kühlfluid gegebenenfalls Wasser über die Zufuhrleitung im Bohrgestänge aus dem Bohrloch ausgebracht und in entsprechende Zufuhreinrichtungen außerhalb des Bohrloches eingebracht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß die im Hüllrohr vorgesehene Zufuhröffnung für ein Einbringen von Material in den Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Hüllrohr durch ein Verschieben der Bohrkrone entgegen der Bohrrichtung über wenigstens ein an dem von der Abbaufläche der Bohrkrone abgewandten Ende vorgesehenes Abdichtelement abgedichtet wird. Ein derartiges Verschieben der Bohrkrone entgegen der Bohrrichtung kann vorsorglich bei erzielter, gewünschter Bohrlochlänge vorgenommen werden, um ein gegebenenfalls nachfolgend auftretendes Eintreten von Wasser in das Bohrloch und Austreten desselben sicher vermeiden zu können. Falls während des Bohrens des Bohrloches in Material- bzw. Gesteinsschichten eingedrungen wird, in welchen Wasser insbesondere unter hohem Druck enthalten ist, erfolgt entgegen der Krafteinleitung zur Durchführung des Bohrvorgangs eine Verschiebung der Bohrkrone entgegen der Bohrrichtung, so daß selbsttätig ein entsprechendes Abdichten der Zufuhröffnung in den Innenraum bzw. Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Hüllrohr erzielbar ist. Durch das erfindungsgemäß darüber hinaus vorgesehene Unterbrechen der Zufuhr von Spül- bzw. Kühlfluid durch das Bohrgestänge als auch die Verankerung und Abdichtung des Hüllrohrs an seinem Außenumfang an dem aus dem Bohrloch ragenden Ende wird somit im wesentlichen selbsttätig bzw. automatisch bei Wassereintritt unter einem entsprechenden Druck eine Abdichtung des Bohrloches erzielt.
Zur weiteren Sicherung zumindest des Hüllrohrs im Bohrloch wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß das Hüllrohr im Bereich der Abdichtung an dem aus dem Bohrloch vorragenden Ende zur Verhinderung einer Entfernung entgegen der Bohrrichtung aus dem Bohrloch gesichert, insbesondere verkeilt bzw. verklemmt wird. Bei Auftreten von hohen Fluiddrücken ergeben sich bei entsprechender Querschnittsfläche der Bohrkrone gegebenenfalls hohe Kräfte, welche im Sinn eines Austretens der Bohrelemente aus dem Bohrloch wirksam werden, so daß neben der erfindungsgemäß vorgesehenen Festlegung und Abdichtung des aus dem Bohrloch ragenden Endes des Hüllrohrs eine zusätzliche Sicherung, insbesondere durch ein Verkeilen bzw. Verklemmen des jeweiligen Hüllrohrendes vorgeschlagen wird.
Um wenigstens Teile der für die Durchführung der Bohrung verwendeten Elemente bergen und gegebenenfalls wiederverwenden zu können, wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß das Bohrgestänge nach Fertigstellung der Bohrung in an sich bekannter Weise von der Bohrkrone getrennt wird und aus dem Hüllrohr ausgebracht wird. Derart läßt sich im wesentlichen das Bohrgestänge über die gesamte Länge wiederverwenden, während die Bohrkrone gemeinsam mit dem Hüllrohr die Abdichtung des Bohrloches gegenüber einem Austritt von Wasser aus dem Bohrloch zur Verfügung stellt.
Für eine entsprechende Sicherung des nach Entfernen des Bohrgestänges im Bohrloch verbleibenden Hüllrohrs als auch der Bohrkrone wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß nach dem Entfernen der Bohrgestänges in an sich bekannter Weise das Bohrloch, insbesondere das Mantel- bzw. Hüllrohr, mit einem aushärtenden Material verfüllt wird.
Zur Lösung der obengenannten Aufgaben ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß in der Zufuhrleitung für das Spül- bzw. Kühlfluid in die Bohrkrone als auch im Bereich der wenigstens einen Zufuhröffnung in den Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Hüllrohr wenigstens ein Abdichtelement vorgesehen ist und daß das Hüllrohr an dem aus dem Bohrloch ragenden Ende an dem umgebenden Boden- oder Gesteinsmaterial über eine Festlegungs- und/oder Abdichteinrichtung festgelegt und fluiddicht abgedichtet ist. Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, daß sowohl die Zufuhrleitung für eine Zufuhr des Spül- bzw. Kühlfluids in die Bohrkrone als auch die Zufuhröffnung für den Abtransport von abgebautem Material sowie eingebrachtem Spül- bzw. Kühlfluid entsprechend unterbrochen und abgedichtet wird, um einen Austritt von gegebenenfalls unter hohem Druck eintretendem Wasser über die Bohrkrone als auch den während des Bohrvorgangs zur Verfügung gestellten Transportquerschnitt zu verhindern. Darüber hinaus ist eine entsprechende Festlegungs- und/oder Abdichteinrichtung zur Festlegung und Abdichtung des aus dem Bohrloch ragenden Endes des Hüllrohrs vorgesehen.
Für eine besonders einfache und im wesentlichen selbsttätige bzw. automatische Unterbrechung der Spülmittelzufuhr als auch Abdichtung der Zufuhrleitung für das Spülfluid wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß in der Zuleitung für das Spül- bzw. Kühlfluid zu der Bohrkrone ein entgegen der Zufuhrrichtung des Spül- bzw. Kühlfluids schließendes Rückschlagventil vorgesehen ist.
Ein derartiges Rückschlagventil läßt sich entsprechend einfach und kostengünstig insbesondere im Bereich der Bohrkrone unmittelbar vor dem Austritt des Spülfluids aus entsprechenden Durchtrittsöffnungen in der Abbaufläche der Bohrkrone anordnen und ergibt für den Fall, daß in dem Bereich der Abbaufläche eintretendes Wasser einen höheren Druck als den Zufuhrdruck des Spülfluids aufweisen sollte, unmittelbar eine selbsttätige Unterbrechung und Abdichtung der Zuleitung für das Spülfluid.
Für eine besonders zuverlässige Abdichtung der wenigstens einen Zutritts- bzw. Zufuhröffnung in den Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Hüllrohr für den während des Bohrvorgangs vorzusehenden Abtransport von abgebautem Material und eingebrachtem Spül- bzw. Kühlfluid wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß an dem von der Abbaufläche der Bohrkrone abgewandten Ende der Bohrkrone wenigstens ein Abdichtelement vorgesehen ist, welches nach Fertigstellung des Bohrloches insbesondere durch eine Bewegung der Bohrkrone entgegen der Bohrrichtung die im Hüllrohr ausgebildete Zufuhröffnung in den Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Hüllrohr abdichtet. Ein derartiges Abdichtelement läßt sich entsprechend an dem von der Abbaufläche der Bohrkrone abgewandten Ende der Bohrkrone vorsehen, wobei, wie bereits oben erläutert, durch ein Zurückziehen der Bohrkrone in das Hüllrohr bei Fertigstellung der Bohrung oder gegebenenfalls eine Bewegung der Bohrkrone durch auf die Abbaufläche wirkenden Wasserdruck entgegen der Vortriebskräfte unmittelbar und selbsttätig die wenigstens eine Zufuhröffnung in den Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Hüllrohr unterbrochen und abgedichtet wird, so daß ein Austritt von Wasser, insbesondere unter hohem Druck, über diesen Ringraum nach außen zuverlässig verhindert wird.
In diesem Zusammenhang wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß das Abdichtelement an einem an die Innenabmessungen des Hüllrohrs angepaßten Fortsatz der Bohrkrone gebildet ist, welcher mit zusätzlichen Dichtelementen, insbesondere Dichtringen, ausgebildet ist. Ein derartiger Fortsatz dient während des Bohrvorgangs als eine Führung zum Zentrieren der Bohrkrone im Hüllrohr und kann entsprechend paßgenau in einem gegebenenfalls verstärkten, vorderen Abschnitt des Hüllrohrs aufgenommen werden, um nach einem Zurückziehen bzw. Zurückschieben der Bohrkrone entgegen der Bohrrichtung im Hüllrohr eine zuverlässige Abdichtung der Zufuhröffnung in den Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Hüllrohr zu ergeben. Die Dichtwirkung kann hiebei neben einer paßgenauen Anordnung der Bohrkrone bzw. des Fortsatzes der Bohrkrone im Hüllrohr durch zusätzliches Vorsehen von Dichtelementen, insbesondere Dichtringen unterstützt werden, welche insbesondere derart angeordnet sind, daß in der Schließposition die zusätzlichen Dichtelemente entsprechend der Positionierung bzw. Ausbildung der wenigstens einen Zutrittsöffnung angeordnet sind.
Wie oben bereits erwähnt, können insbesondere bei hohen Drücken große Kräfte in Abhängigkeit von der Abbaufläche bzw. Querschnittsfläche der Bohrkrone auf die Bohrkrone und insbesondere das Hüllrohr im Sinn eines Austreibens aus dem Bohrloch wirksam werden. Neben der erfindungsgemäß vorgesehenen Festlegung und Abdichtung des aus dem Bohrloch ragenden Endes des Hüllrohrs wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß an der Festlegungs- und/oder Abdichteinrichtung zur Festlegung und Abdichtung des Hüllrohrs an dem aus dem Bohrloch ragenden Ende wenigstens ein Sicherungs- bzw. Klemmelement vorgesehen ist. Ein derartiges Sicherungs- bzw. Klemmelement erlaubt ein im wesentlichen ungehindertes Einbringen des Hüllrohrs während des Bohrvorgangs, während bei einer Beaufschlagung bzw. Krafteinwirkung im Sinn eines Austreibens des Hüllrohrs aus dem Bohrloch entgegen der Bohrrichtung eine zusätzliche Klemmkraft und somit unterstützende Kraft zur Festlegung des Hüllrohrs zur Verfügung gestellt wird.
Eine besonderes zuverlässige und einfach herzustellende, zusätzliche Sicherung des Hüllrohrs läßt sich hiebei dadurch erzielen, daß das Sicherungs- bzw. Klemmelement von einem das Hüllrohr umgebenden Ringelement gebildet ist, welches an seiner Außenfläche eine sich konisch verjüngende Oberfläche aufweist und mit einer komplementären, sich konisch verjüngenden Innenfläche des Festlegungselements bei einer Bewegung des Hüllrohrs entgegen der Bohrrichtung zusammenwirkt und eine Bewegung des Hüllrohrs entgegen der Bohrrichtung verhindert, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht.
Zur wenigstens teilweisen Bergung bzw. Wiederverwendung von Elementen der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß das Bohrgestänge von der Bohrkrone in an sich bekannter Weise lösbar und aus dem Bohrloch entfernbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen:
  • Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens während des Bohrvorgangs; und
  • Fig. 2 in einer zu Fig. 1 ähnlichen Darstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Zustand, in welchem eine Abdichtung der Bohrvorrichtung einen Austritt von Fluid unter hohem Druck aus der Bohrvorrichtung sicher verhindert.
    • Mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung wird durch eine Bohrkrone 1, welche an einem Bohrgestänge 2 gelagert ist, ein Bohrloch 3 hergestellt, wobei die Bohrkrone 1 an ihrer Abbaufläche 4 beispielsweise entsprechende Hartmaterial- bzw. Hartmetalleinsätze 5 aufweist. Über das Bohrgestänge 2 wird über eine schematisch angedeutete Zuleitung 6 ein Spül- bzw. Kühlfluid in den Bereich der Abbaufläche 4 der Bohrkrone 1 eingebracht, wobei in den Fig. 1 und 2 eine Austrittsöffnung 7 angedeutet ist. In der Zuleitung 6 ist im Bereich der Bohrkrone 1 ein Rückschlagventil 8 angeordnet, welches entgegen der mit 9 angedeuteten Zufuhrrichtung für das Spül- bzw. Kühlfluid schließt.
    Das Bohrgestänge 2 wird von einem Hüllrohr 10 umgeben, wobei abgebautes Material und eingebrachtes Spül- bzw. Kühlfluid entsprechend den Pfeilen 26 über Durchtritts- bzw. Zufuhröffnungen 12 in den Ringraum 13 zwischen dem Außenumfang des Bohrgestänges 2 und dem Innenumfang des Hüllrohrs 10 eingebracht und derart aus dem Bohrloch 3 ausgebracht wird, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, welche den Bohrzustand zeigt.
    Das Hüllrohr 10 ist an seinem aus dem Bohrloch 3 ragenden Endbereich 14 über eine Festlegungseinrichtung 15 an dem das Bohrloch 3 umgebenden Material 16 gesichert, wobei zusätzlich ein Abdichtelement 17 angedeutet ist.
    Weiters wird der aus dem Bohrloch 3 ragende Endbereich 14 des Hüllrohrs 10 von einem Sicherungselement bzw. Sicherungskeil 18 umgeben, wobei dieser Sicherungskeil 18 eine sich zum Ende des Hüllrohrs 10 verjüngende Außenoberfläche 19 aufweist, welche mit einer sich entsprechend verjüngenden Innenkontur 20 des Festlegungselements 15 zusammenwirkt, so daß der Bohrvorgang, welcher ebenfalls entsprechend dem Pfeil 9 erfolgt, ungehindert durchgeführt werden kann und auch das Hüllrohr 10 entsprechend dem Bohrfortschritt beispielsweise durch eine Zugmitnahme über das Bohrgestänge 2 in das Bohrloch 3 eingebracht werden kann, während eine Bewegung des Hüllrohrs 10 entgegen der Bohrrichtung und somit im Sinn eines Ausbringens aus dem Bohrloch 3 sowohl über die Festlegungs- als auch Abdichteinrichtung 15 bzw. 17 als auch die zusätzliche Sicherungseinrichtung 18 verhindert wird.
    In Fig. 2 ist der Zustand dargestellt, in welchem die Bohrkrone 1 entweder entgegen der Bohrrichtung 9 in das Innere des Hüllrohrs 10 zurückgezogen wurde oder die Bohrkrone 1 beispielsweise durch einen Eintritt von Fluid, insbesondere Wasser entsprechend dem Pfeil 21 in das Innere des Bohrlochs 3 entgegen der Bohrrichtung im Hüllrohr 10 verschoben wurde. In der in Fig. 2 dargestellten Position schließt bei einem Eintritt von Wasser unter hohem Druck in den vor der Abbaufläche der Bohrkrone 1 liegenden Raum 22 das Rückschlagventil 8 in der Zufuhrleitung 6 für das Spül- bzw. Kühlfluid.
    Darüber hinaus sind die Zufuhröffnungen 12 in den Ringraum 13 zwischen dem Bohrgestänge 2 und dem Hüllrohr 10 durch ein Abdichtelement 23 verschlossen, welches an einem Fortsatz 24 an dem von der Abbaufläche 4 der Bohrkrone 1 abgewandten Ende ausgebildet ist, wobei das Abdichtelement 23 nicht nur entsprechend paßgenau im Inneren des Hüllrohrs 10 geführt ist, sondern zur weiteren Unterstützung der Dichtwirkung zusätzliche Dichtelemente 25, insbesondere Dichtringe aufweist. Es wird somit durch das Dichtelement 23 zuverlässig ein Eintritt von Material als auch gegebenenfalls Wasser unter hohem Druck in das Innere des Ringraums 13 vermieden.
    Dadurch, daß das Hüllrohr 10 über die Festlegungseinrichtung 15, die Abdichteinrichtung 17 als auch den zusätzlichen Sicherungskeil 18 an dem aus dem Bohrloch 3 ragenden Ende 14 sicher verankert und auch gegenüber dem umliegenden Material 16 abgedichtet ist, wird somit auch an dieser Stelle ein Austritt von Wasser und abgebautem Material aus dem Bohrloch 3 sicher verhindert. Darüber hinaus wird durch die Festlegungseinrichtung 15 und die Sicherungseinrichtung 18 zuverlässig sichergestellt, daß selbst bei hohen Drücken, welche beispielsweise einige zehn bar erreichen können, unter Berücksichtigung einer entsprechenden Querschnittsfläche der Bohrkrone 1 als auch des Gewichts der gegebenenfalls eine große Länge aufweisenden Bohrelemente ein Austreten von Bohrvorrichtungselementen aus dem Bohrloch 3 gemeinsam mit dem Fluid unter hohem Druck vermieden werden kann. Es kann dadurch eine Gefährdung des Bedienungspersonals sowie eine mögliche Beschädigung von in der Zeichnung nicht näher dargestellten Zusatzeinrichtungen insbesondere zur Beaufschlagung des Bohrgestänges 2 zur Durchführung bzw. Herstellung der Bohrung vermieden werden.
    Nach dem in Fig. 2 erhaltenen Zustand einer zuverlässigen Abdichtung des Bohrloches 3 gegenüber einem Austritt von Wasser kann das Bohrgestänge 2 entsprechend von der Bohrkrone bzw. dem Fortsatz 24 mit dem Dichtelement getrennt werden und für einen neuerlichen Bohrvorgang wiederverwendet werden. Zur weiteren Sicherung der fertiggestellten Bohrung wird nachfolgend der Innenraum 13 des Hüllrohrs 10 mit einem aushärtenden Material verfüllt.

    Claims (12)

    1. Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern (3) in Boden- oder Gesteinsmaterial, wobei durch eine an einem Bohrgestänge (2) gelagerte Bohrkrone (1) durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch (3) gebildet wird und ein Mantel- bzw. Hüllrohr (10) in das Bohrloch (3) eingebracht wird, wobei über wenigstens eine Zufuhröffnung (12) abgebautes Material und/oder insbesondere durch das Bohrgestänge (2) in den Bereich der Bohrkrone (1) eingebrachtes Spül- bzw. Kühlfluid in einen zwischen dem Außenumfang des Bohrgestänges (2) und dem Innenumfang des Hüllrohrs (10) definierten Ringraum (13) eingebracht und aus dem Bohrloch (3) ausgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei bzw. nach Fertigstellung des Bohrloches (3) die Zufuhr von Spül- bzw. Kühlfluid in die Bohrkrone (1) unterbrochen wird, daß die Zufuhröffnung (12) für das Einbringen von abgebautem Material und/oder Spül- bzw. Kühlfluid in den Ringraum (13) zwischen dem Bohrgestänge (2) und dem Hüllrohr (10) fluiddicht abgedichtet wird und daß das Mantel- bzw. Hüllrohr (10) an seinem aus dem Bohrloch (3) ragenden Ende gegenüber der Bohrlochwand (16) festgelegt und fluiddicht abgedichtet wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Hüllrohr (16) vorgesehene Zufuhröffnung (12) für ein Einbringen von Material in den Ringraum (13) zwischen dem Bohrgestänge (2) und dem Hüllrohr (10) durch ein Verschieben der Bohrkrone (1) entgegen der Bohrrichtung über wenigstens ein an dem von der Abbaufläche der Bohrkrone (1) abgewandten Ende vorgesehenes Abdichtelement (8, 23) abgedichtet wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (10) im Bereich der Abdichtung an dem aus dem Bohrloch (3) vorragenden Ende zur Verhinderung einer Entfernung entgegen der Bohrrichtung aus dem Bohrloch (3) gesichert, insbesondere verkeilt bzw. verklemmt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (2) nach Fertigstellung der Bohrung in an sich bekannter Weise von der Bohrkrone (1) getrennt wird und aus dem Hüllrohr (10) ausgebracht wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen der Bohrgestänges (2) in an sich bekannter Weise das Bohrloch (3), insbesondere das Mantel- bzw. Hüllrohr (10), mit einem aushärtenden Material verfüllt wird.
    6. Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, von Löchern (3) in Boden- oder Gesteinsmaterial, wobei eine an einem Bohrgestänge (2) gelagerte Bohrkrone (1) durch eine schlagende und/oder drehende Bewegung ein Bohrloch (3) ausbildet und ein das Bohrgestänge (2) umgebendes Mantel- bzw. Hüllrohr (10) in das Bohrloch (3) einbringbar ist, wobei insbesondere durch das Innere des Bohrgestänges (2) ein Spül- bzw. Kühlfluid in den Bereich der Abbaufläche der Bohrkrone (1) einbringbar und abgebautes Material und/oder das Spül- bzw. Kühlfluid über wenigstens eine Zufuhröffnung (12) in einen Ringraum (13) zwischen dem Bohrgestänge (2) und dem Hüllrohr (10) einbringbar und aus dem Bohrloch (3) ausbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zufuhrleitung (6) für das Spül- bzw. Kühlfluid in die Bohrkrone (1) als auch im Bereich der wenigstens einen Zufuhröffnung (12) in den Ringraum (13) zwischen dem Bohrgestänge (2) und dem Hüllrohr (10) wenigstens ein Abdichtelement (8, 23) vorgesehen ist und daß das Hüllrohr (10) an dem aus dem Bohrloch (3) ragenden Ende (14) an dem umgebenden Boden- oder Gesteinsmaterial (16) über eine Festlegungs- und/oder Abdichteinrichtung (15, 17) festgelegt und fluiddicht abgedichtet ist.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung (6) für das Spül- bzw. Kühlfluid zu der Bohrkrone (1) ein entgegen der Zufuhrrichtung (9) des Spül- bzw. Kühlfluids schließendes Rückschlagventil (8) vorgesehen ist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem von der Abbaufläche (4) der Bohrkrone (1) abgewandten Ende der Bohrkrone wenigstens ein Abdichtelement (23) vorgesehen ist, welches nach Fertigstellung des Bohrloches (3) insbesondere durch eine Bewegung der Bohrkrone (1) entgegen der Bohrrichtung (9) die im Hüllrohr (10) ausgebildete Zufuhröffnung (12) in den Ringraum (13) zwischen dem Bohrgestänge (2) und dem Hüllrohr (10) abdichtet.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtelement (23) an einem an die Innenabmessungen des Hüllrohrs (10) angepaßten Fortsatz (24) der Bohrkrone (1) gebildet ist, welcher mit zusätzlichen Dichtelementen (25), insbesondere Dichtringen, ausgebildet ist.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Festlegungs- und/oder Abdichteinrichtung (15, 17) zur Festlegung und Abdichtung des Hüllrohrs (10) an dem aus dem Bohrloch (3) ragenden Ende (14) wenigstens ein Sicherungs- bzw. Klemmelement (18) vorgesehen ist.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungs- bzw. Klemmelement (18) von einem das Hüllrohr (10) umgebenden Ringelement gebildet ist, welches an seiner Außenfläche eine sich konisch verjüngende Oberfläche (19) aufweist und mit einer komplementären, sich konisch verjüngenden Innenfläche (20) des Festlegungselements (15) bei einer Bewegung des Hüllrohrs (10) entgegen der Bohrrichtung (9) zusammenwirkt und eine Bewegung des Hüllrohrs (10) entgegen der Bohrrichtung (9) verhindert.
    12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (2) von der Bohrkrone (1) in an sich bekannter Weise lösbar und aus dem Bohrloch (3) entfernbar ist.
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