EP1704297A1 - Bohrvorrichtung - Google Patents

Bohrvorrichtung

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EP1704297A1
EP1704297A1 EP04804208A EP04804208A EP1704297A1 EP 1704297 A1 EP1704297 A1 EP 1704297A1 EP 04804208 A EP04804208 A EP 04804208A EP 04804208 A EP04804208 A EP 04804208A EP 1704297 A1 EP1704297 A1 EP 1704297A1
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drilling device
sealing
borehole
drill pipe
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Franz-Josef Blickhan
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a drilling device with a
  • Senkhammer drill heads are used for well drilling and other deep hole drilling in rock and stone.
  • the sink hammer is powered by compressed air supplied through the drill pipe. The compressed air emerges at the percussion drill bit and conveys the resulting cuttings upwards.
  • apron which is open at the bottom and which receives the cuttings which have been knocked loose by the hammer of the drill head so that it can be conveyed upwards.
  • the sealing disk has a plurality of sealing lips on the circumference one above the other. This results in a significant increase in the sealing effect compared to a single sealing lip.
  • the rigid annular disks 18 are connected to one another by screws 20, 21. Near their inner edge, the rigid sealing disks 18 are connected to one another by screws 21 and to an upper flange 22 of the slide bearing bush 16.

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Abstract

Eine Bohrvorrichtung mit einem Bohrgestänge (1) weist einen zentrischen Förderkanal (2) und einen Zuluftkanal auf und trägt einen Senkhammer-Bohrkopf (5), wobei ein zwischen dem Bohrgestänge (1) und der Bohrlochwand bestehender Bohrloch-Ringraum durch eine Bohrlochdichtung gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist. Die Bohrlochdichtung ist eine am Bohrgestänge (1) axial festgelegte, drehbar gelagerte, kreisringförmige Dichtscheibe (12), die an ihrem Umfang übereinander mehrere Dichtlippen (13) und an ihrem inneren Umfang eine zentrale Gleitlagerbüchse (16) aufweist, die sich an einem oberen, mit dem Bohrgestänge (1) verbundenen Stützring (17) abstützt. Die Dichtscheibe (12) weist mehrere, übereinander gestapelte starre Ringscheiben (18) auf, zwischen denen jeweils eine gummielastische Ringscheibe (19) angeordnet ist, deren über die starren Ringscheiben (18) hinausragender Umfangsrand die Dichtlippe (13) bildet die gegenüber einem beim Abteufen der Bohrung an der Bohrlochwand (14) mitgeführten Auskleidungsrohr (15) abdichtet.

Description

Bohrvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung mit einem
Bohrgestänge, das einen zentrischen Förderkanal und einen Zuluftkanal aufweist und einen Senkhammer--Bohrkopf trägt, wobei ein zwischen dem Bohrgestänge und der Bohrlochwand bestehender Bohrloch-Ringraum durch eine Bohrlochdichtung gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist.
Senkhammer-Bohrköpfe werden für Brunnenbohrungen und andere Tieflochbohrungen in Fels und Gestein verwendet. Der Senkhammer wird durch Pressluft angetrieben, die durch das Bohrgestänge zugeführt wird. Die Pressluft tritt an der Schlagbohrkrone aus und fördert das anfallende Bohrklein nach oben.
Bei einer bekannten Bohrvorrichtung (FR-A-2 597 150) dient ein zentrischer Förderkanal des Bohrgestänges zur Förderung des Bohrkleins durch die nach oben strömende Pressluft . Am Umfang des zentrischen Förderkanals ist im Bohrgestänge ein Luftkanal angeordnet, durch den die Pressluft zugeführt wird. Der zentrische Förderkanal mündet in einer seitlichen Eintrittsöffnung. Im Bereich der seitlichen
Eintrittsöffnung befindet sich eine nach unten offene Schürze, die das durch den Senkhammer des Bohrkopf losgeschlagene Bohrklein aufnimmt, so dass es nach oben gefördert werden kann.
Bei einer bekannten Bohrvorrichtung der eingangs genannten Gattung (EP 0 690 953 Bl) ist die Schürze gegenüber dem Senkhammer-Bohrköpf zur Seite der Eintrittsöffnung hin exzentrisch versetzt. Dadurch befindet sich der größte Eintrittsquerschnitt in die Schürze unterhalb der Eintrittsöffnung, so dass auch verhältnismäßig große Stücke des Bohrkleins ohne Schwierigkeiten weggefördert werden können .
Der zwischen dem Bohrgestänge und der Bohrlochwand bestehende Bohrloch-Ringraum ist durch eine Bohrlochdichtung gegenüber der Atmosphäre abgedichtet. Die Bohrlochdichtung wird durch ein die Bohrlochöffnung auskleidendes Futterrohr und einen ringförmigen Deckel gebildet, dessen innerer Rand als eine Gleitdichtung ausgeführt ist, die den Umfang des Bohrgestänges abdichtend umschließt.
Der durch die Pressluftzufuhr im Bohrloch erzeugte Druck ist erforderlich, um das Bohrklein im zentrischen Förderkanal nach oben zu fördern. Hierbei muss der gesamte Bohrloch-Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und der
Bohrlochwand abgedichtet werden, weil anderenfalls die Gefahr besteht, dass bei unzureichender Abdichtung der erforderliche Förderdruck im zentrischen Förderkanal nicht zur Verfügung steht. Als nachteilig erweist sich hierbei, dass der erforderliche Druck im gesamten Bohrloch bis hin zur Bohrlochdichtung aufrechterhalten werden muss. Dies führt zu einem hohen Energieverbrauch und zu einer Verringerung der Förderleistung, insbesondere wenn das Bohrloch selbst seitlich nicht ausreichend dicht ist. Bei einem Wechsel des Bohrgestänges, beispielsweise zum Austauschen der Schlagbohrkrone, muss die Bohrlochdichtung abmontiert werden.
Da das gesamte Bohrgestänge beim Abteufen durch die Dichtfläche hindurchgeführt werden muss, führen Ungleichmäßigkeiten der äußeren Oberfläche des Bohrgestänges hierbei zu einer Verringerung der Dichtwirkung und/oder einer Beschädigung der Dichtfläche an der Bohrlochdichtung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bohrvorrichtung der eingangs genannten Gattung so auszubilden, dass der für die Förderung des Bohrkleins erforderliche Druck in einfacherer Weise wirksam aufrechterhalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bohrlochdichtung eine am Bohrgestänge axial festgelegte, drehbar gelagerte, kreisringförmige DichtScheibe ist, die an ihrem Umfang mindestens eine flexible Dichtlippe aufweist .
Die Dichtscheibe kann in geeignetem Abstand, vorzugsweise in geringem Abstand oberhalb des Bohrkopfes angeordnet werden und dichtet das Bohrloch an dieser Stelle in geringem Abstand oberhalb des Bohrkopfes ab. Eine Abdichtung am oberen Ende des Bohrlochs ist damit nicht erforderlich. Der mit Druck beaufschlagte Raum ist verhältnismäßig klein, nämlich nur der zwischen dem Bohrlochende und der Dichtscheibe liegende Abschnitt des Bohrloch-Ringraums, während der darüber liegende, wesentlich größere Teil des Bohrloch-Ringraums nicht mit erhöhtem Druck beaufschlagt ist und deshalb auch nicht abgedichtet werden muss. Eine etwaige Porosität in Bereichen des Bohrlochs, insbesondere im oberen Bereich, beeinflusst die Aufrechterhaltung des Drucks nicht oder nur unwesentlich.
Da die die Bohrlochdichtung bildende Dichtscheibe während des Abteufens mitgeführt wird, bleibt der mit Druck zu beaufschlagende Raum während des gesamten Bohrvorgangs unabhängig von der jeweiligen Bohrtiefe unverändert.
Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme zur Abdichtung des Bohrlochs wird gegenüber dem Stand der Technik eine erhebliche Verminderung des Energiebedarfs und eine wesentliche Steigerung der Bohrleistung erreicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtscheibe am Umfang übereinander mehrere Dichtlippen aufweist. Dadurch wird im Vergleich zu einer einzigen Dichtlippe eine wesentliche Steigerung der Dichtwirkung erreicht .
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Dichtscheibe an ihrem inneren Umfang eine zentrale Gleitlagerbüchse aufweist, die sich an einem oberen, mit dem Bohrgestänge verbundenen Stützring abstützt. Die Drehung des Bohrgestänges wird durch die Lagerung der Dichtscheibe über die zentrale Gleitlagerbüchse nicht behindert. Da sich die Gleitlagerbüchse stets an der selben Stelle am Bohrgestänge befindet, kann die dort als Drehlager ausgeführte Dichtung so gestaltet werden, dass sie bei verhältnismäßig geringer Reibung eine hohe Dichtwirkung entfaltet. Dies ist von wesentlichem Vorteil gegenüber der bekannten Bohrlochdichtung, bei der das gesamte Bohrgestänge beim Abteufen durch die Dichtfläche hindurchgeführt werden muss, so dass Ungleichmäßigkeiten der äußeren Oberfläche des Bohrgestänges zu einer Verringerung der Dichtwirkung und/oder einer Beschädigung der Dichtfläche an der Bohrlochdichtung führen können.
Je nach der Beschaffenheit der Bohrlochwand kann vorgesehen sein, dass die Dichtscheibe mit ihrer mindestens einen flexiblen Dichtlippe unmittelbar gegenüber der Bohrlochwand abdichtet oder dass beim Abteufen der Bohrung an der Bohrlochwand ein Auskleidungsrohr mitgeführt wird, gegenüber dem die Dichtscheibe abdichtet . Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft, wenn das Gestein porös ist oder Spalten aufweist und deshalb selbst zur Aufrechterhaltung des Drucks nicht oder wenig geeignet ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche .
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:
Fig. 1 in einem vereinfachten Längsschnitt eine Bohrvorrichtung in einem Bohrloch und
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung der bei der
Bohrvorrichtung nach Fig. 1 verwendeten Dichtscheibe und des zugehörigen Bohrgestängeabschnitts . Die in der Zeichnung dargestellte Bohrvorrichtung weist ein Bohrgestänge auf, das einen zentrischen Förderkanal 2 (Fig. 2) und einen umgebenden Luftkanal 3 besitzt. Am Bohrgestänge 1 ist über ein Verbindungsstück 4 ein Senkhammer-Bohrkopf 5 angeschlossen, dessen Schlagbohrkrone 6 an der tiefsten Stelle des Bohrlochs 7 durch Schlagwirkung Gestein löst, das als Bohrklein nach oben transportiert wird.
Der Senkhammer-Bohrkopf 5 wird zum Antrieb seiner Schlagbohrkrone 6 mit Pressluft versorgt, die durch den Luftkanal 3 zugeführt wird. Im Verbindungsstück 4 verläuft ein Förderkanalabschnitt 8 vom zentrischen Förderkanal 2 des Bohrgestänges 1 schräg nach unten zu einer seitlichen Eintrittsöffnung 9.
Am Verbindungsstück 4 ist eine nach unten offene Schürze 10 angebracht, die von einem nach unten offenen Rohr gebildet wird, das am Verbindungsstück 4 befestigt ist und gegenüber dem Senkhammer-Bohrkopf 5 zur Seite der Eintrittsöffnung 9 hin exzentrisch versetzt ist. Dadurch wird auf der Seite dieser Eintrittsöffnung 9 in geringem Abstand oberhalb der Schlagbohrkrone 6 eine Einströmöffnung 11 gebildet, die über den Förderkanalabschnitt 8 mit dem Förderkanal 2 im Bohrgestänge 1 verbunden ist.
In geringem Abstand oberhalb des Bohrkopfes ist eine kreisringförmige Dichtscheibe 12 angeordnet, die drehbar, aber unverschiebbar am Bohrgestänge 1 gelagert ist und an ihrem Umfang mehrere flexible Dichtlippen 13 aufweist, die abdichtend an der Bohrlochwand 14 oder an einem beim Abteufen der Bohrung an der Bohrlochwand mitgeführten Auskleidungsrohr 15 (nur rechts in Fig. 1 mit gestrichelten Linien angedeutet) abdichtet. Abweichend von der Darstellung in Fig. 1 können sich die flexiblen Dichtlippen 13 im Dichtbereich auch umlegen, um eine wirksame Abdichtung zu erreichen.
Wie in Fig. 2 in Einzelheiten dargestellt ist, weist die Dichtscheibe 12 an ihrem inneren Umfang eine zentrale Gleitlagerbüchse 16 auf, die sich an einem oberen, mit dem Bohrgestänge 1 verbundenen Stützring 17 abstützt.
Die Dichtscheibe 12 weist mehrere, übereinander gestapelte», starre Ringscheiben 18 auf, zwischen denen jeweils eine gummielastische Ringscheibe 19 angeordnet ist, deren über die starren Ringscheiben 18 hinausragender Umfangsrand die Dichtlippe 13 bildet.
Die starren Ringscheiben 18 sind durch Schrauben 20, 21 miteinander verbunden. Nahe ihrem inneren Rand sind die starren Dichtscheiben 18 durch Schrauben 21 miteinander und mit einem oberen Flansch 22 der Gleitlagerbüchse 16 verbunden.
Der Stützring 17 weist eine Montagebohrung 23 auf, durch die die am inneren Rand der starren Ringscheiben 18 angeordneten Schrauben 21 nach Drehung der Dichtscheibe 12 einzeln nacheinander zugänglich sind. Die Schrauben 21 sind in einen unteren Ring 24 eingeschraubt, der alle Scheiben der Dichtscheibe 12 am inneren Rand zusammenpresst . Die zentrale Gleitlagerbüchse 16 ist zwischen dem oberen Stützring 17 und einem unteren Tragring 25, der am Bohrgestänge 1 angebracht ist, drehbar aufgenommen.
Durch die Pressluft, die dem Senkhammer-Bohrkopf durch den Luftkanal 3 zugeführt wird und ihn antreibt und die an der Unterseite des Bohrkopfs austritt, wird das anfallende Bohrklein durch die Eintrittsöffnung 11 der Schürze 10, den Förderkanalabschnitt 8 und den zentrischen Förderkanal 2 nach oben gefördert. Zugleich wird dadurch in einem unterhalb der Dichtscheibe 12 liegenden Bohrloch- Ringraumabschnitt 26 ein erhöhter Druck aufgebaut, der durch die Dichtwirkung der Dichtscheibe 12 aufrechterhalten wird. Beim weiteren Abteufen des Bohrkopfes wird die Dichtscheibe 12 mitgeführt.

Claims

BohrvorrichtungP a t e n t a n s p r ü c h e
1. Bohrvorrichtung mit einem Bohrgestänge (1), das einen zentrischen Förderkanal (2) und einen Zuluftkanal aufweist und einen Senkhammer-Bohrkopf (5) trägt, wobei ein zwischen dem Bohrgestänge (1) und der Bohrlochwand bestehender Bohrloch-Ringraum durch eine Bohrlochdichtung gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrlochdichtung eine am Bohrgestänge (1) axial festgelegte, drehbar gelagerte, kreisringförmige Dichtscheibe (12) ist, die an ihrem Umfang mindestens eine flexible Dichtlippe (13) aufweist.
2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (12) am Umfang übereinander mehrere Dichtlippen (13) aufweist.
3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (12) an ihrem inneren Umfang eine zentrale Gleitlagerbüchse (16) aufweist, die sich an einem oberen, mit dem Bohrgestänge (1) verbundenen Stützring (17) abstützt .
4. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (12) mehrere, übereinander gestapelte starre Ringscheiben (18) aufweist, zwischen denen jeweils eine gummielastische Ringscheibe (19) angeordnet ist, deren über die starren Ringscheiben (18) hinausragender Umfangsrand die Dichtlippe (13) bildet.
5. Bohrvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die starren Ringscheiben (18) durch Schrauben (20, 21) miteinander verbunden sind.
6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die starren Ringscheiben (18) nahe ihrem inneren Rand durch Schrauben (21) miteinander und mit einem oberen Flansch (22) der Gleitlagerbüchse (16) verbunden sind.
7. Bohrvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (17) eine Montagbohrung (23) aufweist, durch die die am inneren Rand der starren Ringscheiben (18) angeordneten Schrauben (21) nach Drehung der Dichtscheibe (12) einzeln nacheinander zugänglich sind.
8. Bohrvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Gleitlagerbüchse (16) zwischen dem oberen
Stützring (17) und einem unteren Tragring (25) des Bohrgestänges (1) drehbar aufgenommen ist.
9. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (12) mit ihrer mindestens einen flexiblen Dichtlippe (13) gegenüber einem beim Abteufen der Bohrung an der Bohrlochwand (14) mitgeführten Auskleidungsrohr (15) abdichtet.
10. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (12) mit ihrer mindestens einen flexiblen Dichtlippe (13) gegenüber der Bohrlochwand (14) abdichtet.
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