EP4556678A1 - Unterwasser-bohrvorrichtung und verfahren zum sondieren eines gewässerbodens - Google Patents

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EP4556678A1
EP4556678A1 EP23209748.5A EP23209748A EP4556678A1 EP 4556678 A1 EP4556678 A1 EP 4556678A1 EP 23209748 A EP23209748 A EP 23209748A EP 4556678 A1 EP4556678 A1 EP 4556678A1
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EP
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drill rod
drilling
probe unit
probing
data
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Stefan Finkenzeller
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Bauer Maschinen GmbH
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    • E21B7/12—Underwater drilling
    • E21B7/124—Underwater drilling with underwater tool drive prime mover, e.g. portable drilling rigs for use on underwater floors

Definitions

  • the invention relates to an underwater drilling device for probing a body of water, comprising a base frame which is designed to be lowered into a body of water and to be set up on the body of water, a drilling drive for the rotational drive and axial advancement of a drill rod which can be constructed from tubular drill rod elements, wherein the drilling drive is mounted so as to be movable vertically along a drilling axis between a lower borehole opening and an upper reset position, at least one bearing area on the base frame for supporting the individual drill rod elements for constructing the drill rod, and a handling device which is designed to feed individual drill rod elements from the at least one bearing area to the drilling axis to form the drill rod, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for probing a water bed according to the preamble of claim 9.
  • a generic underwater drilling device is, for example, from the WO 2015/172818 A1
  • This well-known underwater core drilling process involves drilling a borehole step by step, corresponding to the length of a drill rod element. With each drilling step, the core formed in the tubular drill rod is collected with a core catcher, removed from the drill rod, and placed in a storage area on a base frame of the drilling rig. By repeating this core drilling process several times, a large number of cores can be collected as Soil samples are collected and stored in the storage area of the drilling rig. The core samples provide very good information about the structure of the waterbed.
  • This process of obtaining and analyzing soil samples is very time-consuming. Especially when the procedure is carried out on the high seas, this time-consuming effort also comes with very high costs, as the hourly or daily rates for supply vessels and the necessary personnel are very high.
  • the invention is based on the object of providing an underwater drilling device and a method with which an efficient probing of a body of water can be carried out.
  • the underwater drilling device is characterized in that a probe unit with a probe mandrel for probing the water bottom is provided, which is detachably arranged on the drill rod, that the probe unit is designed to record soil data when driven into the ground and to store it in an internal data memory, and that a readout unit for reading out and storing the data stored in the data memory of the probe unit is arranged on the base frame.
  • a first aspect of the invention consists in creating a borehole by means of a drill string using an underwater drilling device.
  • the borehole can be carried out, in particular, as a material-removing borehole, preferably by flush drilling, with the removed soil material being removed outside the borehole.
  • a probe unit with a probe mandrel can be detachably mounted at the lower end of the drill rod before or after a drilling step.
  • the probe mandrel of the probe unit forms a lower end on the drill rod.
  • the probe mandrel can be driven into the still unworked, so-called virgin soil at the bottom of the borehole.
  • virgin soil at the bottom of the borehole.
  • no or only a slight rotational movement of the probe mandrel can occur. This allows the probe unit to collect particularly meaningful data on the unaltered soil.
  • the data collected by the probe unit can, for example, allow conclusions to be drawn about the strength or load-bearing capacity of the soil, the structure of the soil, or the composition of the soil, particularly with regard to possible mineral resources.
  • a rotary drive for rotating the drill rod and a travel drive for axial travel can be arranged on the base frame.
  • a further aspect of the invention is that the probe unit is designed to acquire soil data while being driven into the ground and to store it in an internal data memory.
  • the probe unit can essentially operate autonomously and is equipped with its own power supply, in particular a rechargeable battery.
  • the probe unit therefore does not need to be equipped with a data and/or power cable during probing. Rather, the acquired data is stored internally and can be read out after the probe unit is withdrawn from the borehole and transmitted to a supply vessel. There is no data cable connection between the probe unit and the other components during drilling and/or probing operations. the drilling device.
  • the probe unit is arranged without cables or wires.
  • a readout unit for reading and storing the data stored in the internal data memory of the probe unit is arranged on the base frame.
  • Data reading can be performed, in particular, wirelessly, without the need to establish a plug connection for data retrieval between the probe unit and the readout unit. Generally, however, this would also be possible alongside wireless reading.
  • a particularly preferred embodiment of the invention consists in that the drill rod consisting of the tubular drill rod elements has a central hollow space through which the probe unit can be inserted to the lower end of the drill rod and then retracted again through the drill rod.
  • the free hollow space can be used during drilling to supply a flushing fluid and/or to remove drilling cuttings.
  • the sensitive probe unit can thus also be protected, which has a positive effect on the measurement accuracy and the longevity of the probe unit.
  • the probe unit can be retracted so that another drilling step and another probing can then take place. The drilling and probing steps can be repeated until a desired final depth is reached.
  • the probe unit After drilling, the probe unit can be moved through the cavity of the tubular drill rod to its lower end position.
  • the drill rod can be retracted within the borehole by a certain amount depending on the length of the probe unit, in particular the probe mandrel.
  • the probe unit can be releasably locked and fixed in the lower end position using a locking device.
  • the probe unit can then be inserted into the waterbed below the bottom of the borehole by further lowering the drill rod.
  • Soil data can preferably be recorded as the drill is being driven into the ground.
  • the recording of soil data can be time- and/or depth-dependent, so that the measured data can be saved depending on the drilling time and/or in particular a drilling depth. This facilitates later evaluation and assignment to specific soil layers.
  • a lower drill rod element of the drill rod to have a drilling tool, in particular an annular drilling tool, for removing soil material.
  • Material-removing drilling can be performed here.
  • the removed soil material can be removed upwards according to a directional drilling method by supplying a flushing fluid.
  • the flushing fluid can preferably be conveyed through the inner cavity of the drill rod to the annular drilling tool.
  • the removed cuttings can preferably be discharged upwards along the outer side of the drill rod.
  • a control system is provided which is designed to carry out, by means of the drill drive, a rotary drilling in a first drilling step to form a borehole while removing soil material and then, after insertion of the probe unit, a probing in a second probing step by axially driving the probe mandrel into the ground, preferably without a rotary movement.
  • the drilling and probing processes can thus be carried out automatically.
  • drilling can take place to a depth position from which probing of the ground is to take place.
  • the probe unit with the probe mandrel is introduced into the still unworked soil below the bottom of the borehole by axially displacing the drill rod, preferably without a rotary movement. By avoiding a rotary movement, undesired smearing of soil material is prevented. This allows particularly reliable data on the probed soil area to be recorded.
  • probing to a first probing depth can be carried out as a first step.
  • drilling can be carried out down to the first probing depth, allowing a further probing step to follow. Probing and drilling can be performed alternately, especially until a final depth is reached.
  • a lifting device is arranged on the base frame for vertically moving the probe unit in the drill rod, in particular for moving it into the lower probing position and for retrieving it into an upper removal position.
  • the probe unit can first be unlocked in the lower probing position so that it is released from the drill rod.
  • the lifting device can then move the probe unit through the hollow drill rod into an upper removal position.
  • the probe unit can then be removed from the drill rod or a reading can be carried out directly in the area of the removal position.
  • the lifting device has a lifting cable with a cable end piece for detachable connection to a connecting element at the upper end of the probe unit.
  • the probe unit can be returned to the operating position via the lifting unit.
  • the lifting cable can be detached from the probe unit and retracted during probing.
  • the lifting cable can remain on the probe unit, particularly during axial driving in of a probe mandrel.
  • the probe unit can also be inserted in free fall through the tubular drill rod.
  • the probe unit can be locked at the lower end of the drill rod so that further movement of the probe unit can take place via the drill rod and the drill drive.
  • the data can be read out in any suitable manner.
  • the readout unit it is advantageous for the readout unit to be designed for wireless and/or contact-based reading and storage of the data stored in the data memory of the probe unit. This enables particularly efficient readout.
  • the readout unit can be moved toward the probe unit.
  • a manipulator device is arranged on the base frame, which is designed to grip the probe unit and move it between the drill rod and the readout unit, as well as a storage position. The manipulator device can grip the probe unit and move it toward the readout unit.
  • manipulator device it is particularly advantageous for the manipulator device to be formed entirely or partially by the handling device.
  • the same gripper can be used to grip the probe unit as is used to grip the drill rod elements.
  • any suitable bearing arrangement can be provided on the base frame for supporting the drill rod elements.
  • a particularly compact arrangement is achieved in that the at least one bearing area is a Revolving magazine for receiving and storing the tubular drill rod elements and the probe unit.
  • two or more revolving magazines can be arranged.
  • the drill rod elements can thus be mounted in a rotatable manner, which simplifies the design of the handling device accordingly, since, for example, when removing the drill rods, they can always be moved to a defined delivery position by the revolving magazine. Conversely, the drill rod elements can also always be delivered to a defined free storage position, which is achieved by rotating the revolving magazine to the same receiving position.
  • the underwater drilling device can, in principle, be designed to be self-sufficient. According to one embodiment of the invention, it is advantageous that the underwater drilling device is connected to a supply vessel via at least one line, and data from the readout unit can be transmitted to the supply vessel via the line. This allows, in particular, data exchange with and power supply from a supply vessel. In particular, it is possible to read out the data after each probing step. Based on the data obtained, a decision can be made immediately as to whether a further probing step is necessary or advisable.
  • the invention further comprises a method for probing a body of water, wherein according to the invention it is provided that an underwater drilling device according to the invention is lowered into a body of water and set up on the body of water, that a bore is created using a drilling drive and a drill rod which is constructed from tubular drill rod elements, that before and/or after drilling a probe unit with a probe mandrel for probing the body of water is detachably arranged on the drill rod, that the probe unit is driven into the ground, wherein ground data is recorded and stored in an internal data memory of the probe unit, and that the stored data is read out from the data memory of the probe unit via a readout unit on the base frame.
  • the method enables the previously described advantages to be achieved when using the underwater drilling device according to the invention.
  • An advantageous embodiment of the method involves moving the probe unit to the readout unit on the base frame of the underwater drilling rig to read out the recorded data from the data storage device.
  • the probe unit can thus operate autonomously, and the recorded data can be reliably read out by the readout unit after each probing step.
  • the recorded data can be forwarded from the readout unit via a suitable data connection, for example, to a supply vessel.
  • a further preferred embodiment of the invention consists in that the data from the data memory is read out wirelessly and/or wired at the readout unit.
  • the readout unit can in particular have a receptacle, in particular a docking station, on which the probe unit is arranged for data transmission.
  • the data transmission for reading out the data from the data memory of the probe unit can be contact-based, for example via a plug connection, or preferably wirelessly.
  • the probe unit can be provided with a transponder which, upon receipt of a corresponding signal, transmits the acquired data to the readout unit.
  • a charging station can also be arranged at the readout unit, with which an electrical energy storage device on the probe unit is charged, either contact-based or wirelessly.
  • a further advantageous method variant according to the invention consists in transmitting the data from the readout unit via a cable or wirelessly to a supply vessel, either immediately or after intermediate storage, at specific times.
  • the data from the readout unit can be transmitted via a cable, in particular a so-called umbilical, to a supply vessel on the water surface.
  • the cable can be designed not only as a data cable but also as a supply line for the underwater drilling device.
  • the data in the readout unit can also be temporarily stored in a data memory of the readout unit for a specific period of time so that it can be transmitted to the supply vessel at a suitable time.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention consists in that in a first drilling step, rotary drilling is carried out to form a borehole with removal of soil material and that subsequently in a second probing step the probing unit is inserted into the drill rod, wherein probing is carried out by axially driving the probe mandrel into the soil at the bottom of the borehole, preferably without rotational movement, and that if necessary the drilling step and the probing step are repeated until the waterbed has been probed to a desired depth.
  • a first probing step the probe unit is inserted into the drill rod, wherein probing is carried out by axially driving the probe mandrel into the ground at the bottom of the borehole, preferably without rotational movement.
  • a second drilling step rotary drilling is carried out to form a borehole while removing soil material. If necessary, the probing step and the drilling step are repeated until the waterbed (5) has been probed to a desired depth. The method is thus started immediately with a probing step, so that data is obtained starting from the ground surface.
  • particularly meaningful data is obtained by recording a depth in the ground during drilling and/or probing, and storing the recorded soil data associated with the respective depth. This makes it possible, in particular, to determine the layered structure of the soil.
  • each subsequent drilling step can be adjusted to the completed probing depth and the length of the probe mandrel.
  • each subsequent drilling step is performed at a drilling depth corresponding to the previous probing depth. This allows the probing unit to always conduct probing in an unprocessed soil area. This increases data quality.
  • the underwater drilling device 10 comprises a box-shaped base frame 12, which is preferably constructed of steel beams.
  • a vertically directed drilling guide 24 be provided, along which a drill drive 20 with a clamping device 22 for clamping drill rod elements 32 can be mounted and driven so as to be vertically movable along a drilling axis 21.
  • the drill drive 20 can be displaceable perpendicular to the drilling axis 21 in a horizontal direction along a cross rail 23 away from the drilling axis 21.
  • the drill drive 20 can serve as part of a handling device 38 in order to grip mounted drill rod elements 32 (not shown) in the storage areas 14 and 15 of the base frame 12 and to guide them into the drilling axis 21.
  • the handling device 38 which is only indicated schematically, can have further components in order to grip vertically directed, mounted drill rod elements 32 and a probe unit 60 in a known manner and to convey them to the drilling axis 21.
  • a new drill rod element 32 is connected to an existing drill rod element 32 by means of a screw connection.
  • Fig. 1 Only a single drill rod element 32 is shown, which was inserted into the waterbed 5 in a first drilling step.
  • This initial drill rod element 32 has a drilling tool 31 with soil-removing cutting tools at its lower end.
  • soil material is removed and can be removed upwards using a known directional drilling technique. This creates a borehole.
  • a cavity is arranged inside the drill rod 30, into which a special unit can be fed and removed.
  • the drill drive 20 can be moved along and/or transversely to the drilling axis 21.
  • a hoist cable 43 of a hoisting device 40 which may have an adjusting device 41, can be moved along the drilling axis 21 and, in particular, introduced into the cavity of the drill rod 30.
  • the drill drive 20 can be annular with a passage and/or can be moved out of the region of the drilling axis 21.
  • a sleeve-shaped connecting device 44 can be arranged at the lower free end of the hoist cable 43.
  • the hoisting rope 43 runs from a winch 42 attached to the base frame 12, preferably via a lower pulley 45 to an upper deflection device 46 of the hoisting device 40.
  • the hoisting rope 43 which has been deflected several times on the base frame 12, can be lowered downwards via the winch 42, wherein the connecting device 44 on the hoisting rope 43 is connected to a connecting device 36 at the upper end the probe unit 60. This creates a connection so that the probe unit 60 can be pulled upwards out of the drill string 30 or lowered therein to the bottom of the borehole.
  • the probe unit 60 When pulled out, the probe unit 60 can be moved laterally toward the storage areas 14, 15 on the base frame 12 by means of the handling device 38.
  • the probe unit 60 can be moved to a readout unit 70 (not shown in detail), which can read a data memory of the probe unit 60.
  • the drill drive 20 can be detached from the drill rod 30 and moved out of the drilling axis. After connecting it to an auxiliary winch, the probe unit 60 can be pulled upwards and unlocked there.
  • one or more clamping units 17 for holding the drill rod 30 and/or releasing a rod connection can be arranged.
  • a further drilling step can be performed with a new drill rod element 32 from the storage area 14, 15.
  • the new drill rod element 32 can be connected to the upper drill rod element 32 of the drill rod 30.
  • the drill rod 30 can be drilled down into the waterbed 5 again by one drilling step, by the length of one drill rod element 32.
  • the probe unit 60 can then be reinserted into the borehole, and a new probing step can be performed.
  • the underwater drilling device 10 can be moved to a second position to perform further drilling and probing.
  • the probe unit 60 has a substantially cylindrical base body 62, at the lower end of which a probe mandrel 64 with a lower measuring tip 65 can be arranged.
  • the probe mandrel 64 can be designed, in particular, as a CPT measuring probe with a CPT interface as the measuring tip 65.
  • a data interface 67 which is particularly designed for wireless data transmission, and a connecting element 66 are arranged, which can interact with a connecting device 44 at the free end of the hoist cable 43 for releasably connecting the probe unit 60 to the hoist cable 43.
  • the data interface 67 together with the readout unit 70, is designed such that the acquired data can be read from the data memory of the probe unit 60.
  • a locking device 68 can be arranged on the base body 62 above the probe mandrel 64, which can be designed to releasably lock the probe unit 60 to a lower end of the drill rod 30.
  • An outer diameter of the probe unit 60 is designed such that it can be inserted into an inner cavity of the tubular drill string 30. Additionally, the probe unit 60 may have a centering section 63 on the probe mandrel 64 or the base body 62, with which the probe unit 60 can be centered in the drill string 30 at specific locations or in a readout unit.
  • the basic structure and operation of an underwater drilling device 10 are further described in connection with the Figures 4, 5a and 5b explained.
  • the base frame 12 of the underwater drilling device 10 is placed on a body of water 5.
  • the underwater drilling device 10 can be connected to a supply vessel via a line 19.
  • Drill rod elements 32 are arranged in a storage area on the base frame 12 and can be moved below the drilling drive 20 via a handling device 38 (not shown here).
  • a first drill rod element 32 with a lower drilling tool 31 can be inserted into the body of water 5. If necessary, the inserted drill rod element 32 can be held in a desired position by means of a clamping unit 17 on the base frame 12 after the drilling drive 20 has been released.
  • a rod-shaped probe unit 60 which according to Fig. 4 at a readout unit 70 in a readout or Waiting position on the base frame 12, can be moved under the upwardly moved drill drive 20.
  • the probe unit 60 can be connected via a connecting device 44 to the free end of the hoist cable 43 of a hoisting device 40, as shown in Fig. 5b
  • the lifting device 40 with a winch 42 and a deflection device 46 for the lifting cable 43, the probe unit 60 can be inserted vertically through the annular drill drive 20 into the created borehole and releasably fastened within the tubular drill rod element 32 by means of the locking device 68, as shown in Fig. 5a is illustrated.
  • the probe unit 60 By moving the drill drive 20 downward via a travel drive (not shown), the probe unit 60 can then be pressed into the ground 5 to collect data from the ground. Alternatively, the probe unit 60 can also be inserted into the drill rod 30 without a lifting device by inserting it and dropping it.
  • the probe unit 60 can now be moved by means of a handling device 38 into a position below the drill drive 20 and coupled thereto.
  • the hoist cable 43 of the hoisting device 40 can be connected to the probe unit 60 via the connecting device 44, as shown in FIGS. Figures 6b and 6c
  • the drill drive 20 can be formed with a hollow shaft and/or mounted so as to be movable from the drilling axis.
  • the probe unit 60 can be pressed into the water bottom 5, as clearly shown in Fig. 6d is shown. During this pressing, data on the water bottom 5 can be acquired via the probe unit 60, which is preferably designed as a CPT probe.
  • the drilling drive 20 with the probe unit 60 can be withdrawn from the water bottom 5, as shown in Fig. 6e is shown.
  • the probe unit 60 After the probe unit 60 has been detached from the drill drive 20 and the lifting device 40, the probe unit 60 can be moved out of the drilling axis into the lateral reading position via the handling device 38 (not shown), as shown in Fig. 6f Simultaneously or subsequently, a drill rod element 32 can be moved from the lateral storage area by means of the handling device 38 into the drilling axis below the drilling drive 20.
  • a borehole can be drilled with the drill rod element 32 by rotating drive through the drill drive 20 and by axially moving downwards into the water bottom 5 according to Fig. 6g
  • Removed soil material can be flushed out of the borehole, particularly by introducing a flushing fluid, as is generally known in directional drilling methods.
  • the probe unit 60 can be inserted into the cavity of the tubular drill rod element 32 in the water bottom 5 via the handling device 38 and the lifting device 40, as shown in Fig. 6h is shown.
  • the insertion of the probe unit 60 can be carried out via the lifting device 40, wherein the drill drive 20 can be reset to its upper position after being released from the drill rod element 32.
  • the drill drive 20 can be moved downwards again and connected to the inserted drill rod element 32, as shown in Fig. 6i is shown.
  • the drill drive 20 with the drill rod element 32 can be moved upwards, while the probe unit 60 remains in the created borehole in the water bed 5, as in Fig. 6j In this position, the probe unit 60 can be releasably locked to the lower end of the drill rod element 32 via the locking device 68.
  • the drilling drive 20 with the drill rod element 32 and the probe unit 60 locked and fixed therein can now be moved downwards, preferably without rotation, whereby the probe unit 60 with its probe mandrel 64 is pressed a further step into the waterbed 5.
  • a further probing step can be carried out with the acquisition of data on the water bottom 5 by the probe unit 60.
  • the drill drive 20 is released from the drill rod element 32 and moved upwards into the starting position, as shown in Fig. 61.
  • the drill rod element 32 located in the waterbed 5 can, if necessary, be held at the lower end of the underwater drilling device 10 via the clamping unit 17.
  • the probe unit 60 can now be unlocked from the drill rod element 32 and pulled out of the water bottom 5 via the lifting device 40, as shown in Fig. 6m is clarified.
  • the probe unit 60 can now be moved again in accordance with the method step according to Fig. 6f into the lateral readout position for reading the recorded data.
  • the data can be read out contactlessly via radio or by means of a plug connection.
  • another drill rod element 32 can be moved from the storage area 14, 15 with the handling device 38 into the area of the drilling axis 21 below the drilling drive 20, as shown in Fig. 6n is evident.
  • the drill drive 20 By connecting the drill drive 20 to the second drill rod element 32, the latter can be connected to the first drill rod element 32 already located in the waterbed 5, for example by means of a screw connection, and then introduced further into the waterbed 5 by moving the drill drive 20 downwards while generating a rotary movement.
  • the two drill rod elements 32 form a drill rod 30 with an inner cavity, as shown in Fig. 6o is clarified.
  • the drill drive can be released from the upper drill rod element 32 and moved upwards into a starting position.
  • the probe unit 60 can be moved again via the handling device 38 (not shown) into the area of the drilling axis 21 below the drill drive 20 and connected to the connecting device 44 at the free end of the hoist cable 43 of the hoisting device 40 in order to move the probe unit 60 again according to the method step according to Fig. 6h into the cavity of the drill rod 30.
  • a further probing step can be carried out with the probing unit 60 be carried out as previously described in connection with the Figures 6h to 6m
  • FIG. 7 A possible design and arrangement of a handling device 38 according to the invention with a gripper or a manipulator device 35 is shown in Fig. 7 shown.
  • a first storage area 14 and a second storage area 15 for drill rod elements are arranged on an underwater drilling device 10.
  • the two storage areas 14, 15 are each equipped with a revolving magazine 16, in which the drill rod elements (not shown) are held in circumferential receiving slots and can be moved to an output position in the area of the handling device 38 by a rotary movement of the revolving magazine 16.
  • the handling device 38 has a pivot arm with a manipulator device 35, which can be pivoted about a pivot axis along an arcuate travel path 18.
  • the manipulator device 35 can preferably be telescopic, for example to insert the drill rod elements 32 into the storage areas of the revolving magazines 16 or to remove them.
  • Positioned along the travel path 18 are the dispensing positions of the revolving magazines 16 of the two storage areas 14, 15, as well as the drill drive 20 with the drilling axis 21 and also a readout unit 70 for reading a probe unit 60.
  • the probe unit 60 with the data memory, together with the readout unit 70 can be configured in any suitable manner to enable efficient storage and readout of the acquired data.
  • the probe unit 60 can, in particular, have a transponder, through which the data is transmitted to the readout unit 70 upon receipt of a corresponding input signal.
  • the readout unit 70 is arranged along the travel path 18 of the handling device 38 between the two storage areas 14, 15. In this way, the handling device 38 with the manipulator device 35 can move both individual drill rod elements 32 between the respective delivery position of the storage area 14, 15 and the drill drive 20 with the drilling axis 21, as well as the probe unit 60 between the drilling axis 21 and the readout unit 70.
  • FIG. 8 A possible embodiment of a readout unit 70 for the underwater drilling device 10 according to the invention is shown in the Figures 8 and 9
  • a sleeve-shaped docking station 72 can be moved by means of an actuating cylinder 76 between an upper retraction position according to Fig. 8 into a lower readout position according to Fig. 9
  • the probe unit 60 is moved below the sleeve-shaped docking station 72 into the retracted position according to Fig. 8
  • By moving the sleeve-shaped docking station 72 downwards it can be moved over a cylindrical measuring interface at the upper end of the probe unit 60, wherein in this state, data can preferably be read out wirelessly.
  • one or more plug connections can also be established between the docking station 72 and the probe unit 60.
  • the read data can be forwarded via a line 19 from the docking station 72 to a storage device on the underwater drilling device 10 and/or preferably directly via the line 19 to a supply vessel on the water surface.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Unterwasser-Bohrvorrichtung zum Sondieren eines Gewässerbodens (5), mit einem Grundrahmen (12), welcher zum Absenken in einem Gewässer und zum Aufstellen auf dem Gewässerboden ausgebildet ist, einem Bohrantrieb (20) zum drehenden Antreiben und axialem Vorfahren eines Bohrgestänges (30), welches aus rohrförmigen Bohrgestängeelementen (32) aufbaubar ist, wobei der Bohrantrieb vertikal entlang einer Bohrachse (21) verfahrbar zwischen einer unteren Bohrlochöffnung und einer oberen Rückstellposition gelagert ist, mindestens einem Lagerbereich (14) an dem Grundrahmen zum Lagern der einzelnen Bohrgestängeelemente zum Aufbau des Bohrgestänges und einer Handhabungseinrichtung (38), welche zum Zuführen einzelner Bohrgestängeelemente aus dem mindestens einem Lagerbereich zu der Bohrachse zum Bilden des Bohrgestänges ausgebildet ist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Sondeneinheit (60) mit einem Sondendorn (64) zum Sondieren des Gewässerbodens vorgesehen ist, welche an dem Bohrgestänge lösbar angeordnet ist, dass die Sondeneinheit ausgebildet ist, beim Eintreiben in den Boden Bodendaten zu erfassen und in einem internen Datenspeicher zu speichern, und dass am Grundrahmen eine Ausleseeinheit (70) zum Auslesen und Speichern der in dem Datenspeicher der Sondeneinheit gespeicherten Daten angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Unterwasser-Bohrvorrichtung zum Sondieren eines Gewässerbodens, mit einem Grundrahmen, welcher zum Absenken in einem Gewässer und zum Aufstellen auf dem Gewässerboden ausgebildet ist, einem Bohrantrieb zum drehenden Antreiben und axialen Vorfahren eines Bohrgestänges, welches aus rohrförmigen Bohrgestängeelementen aufbaubar ist, wobei der Bohrantrieb vertikal entlang einer Bohrachse verfahrbar zwischen einer unteren Bohrlochöffnung und einer oberen Rückstellposition gelagert ist, mindestens einem Lagerbereich an dem Grundrahmen zum Lagern der einzelnen Bohrgestängeelemente zum Aufbau des Bohrgestänges und einer Handhabungseinrichtung, welche zum Zuführen einzelner Bohrgestängeelemente aus dem mindestens einen Lagerbereich zu der Bohrachse zum Bilden des Bohrgestänges ausgebildet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Sondieren eines Gewässerbodens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
  • Eine gattungsgemäße Unterwasser-Bohrvorrichtung geht beispielsweise aus der WO 2015/172818 A1 hervor. Bei diesem bekannten Unterwasser-Kernbohrverfahren wird schrittweise ein Bohrloch entsprechend der Länge eines Bohrgestängeelementes erstellt. Bei jedem Bohrschritt wird der sich im rohrförmigen Bohrgestänge gebildete Bohrkern mit einem Bohrkernfänger aufgenommen, aus dem Bohrgestänge entfernt und in einem Lagerbereich an einem Grundrahmen der Bohrvorrichtung abgelegt. Durch mehrmaliges Wiederholen dieses Kernbohrverfahrens kann eine Vielzahl von Bohrkernen als Bodenproben beschafft und in dem Lagerbereich der Bohrvorrichtung abgelegt werden. Die Bohrkerne erlauben eine sehr gute Aussage über den Aufbau des Gewässerbodens.
  • Für eine Analyse des Gewässerbodenaufbaues ist es bei diesem bekannten Stand der Technik notwendig, die gesamte Bohrvorrichtung von dem Gewässerboden abzuheben und aus dem Gewässer auf ein Versorgungsschiff oder eine Versorgungsplattform zu fördern. Dort können die einzelnen Bohrkerne entnommen, näher untersucht und analysiert werden.
  • Diese Beschaffung und Analyse der Bodenproben ist sehr zeitaufwändig. Insbesondere bei der Durchführung des Verfahrens auf hoher See ist ein hoher Zeitaufwand auch mit sehr hohen Kosten verbunden, da Stunden- oder Tagessätze für Versorgungsschiffe mit dem notwenigen Personal sehr hoch sind.
  • Aus der WO 2013/188903 A1 ist ein Verfahren zur Untersuchung eines Gewässerbodens bekannt, bei welchem entlang eines Bohrloches mittels einer Sensoreinrichtung die elektrische Leitfähigkeit und eine magnetische Eigenschaft des Bodens erfasst wird. Hierzu wird ein Sensor entlang der Bohrlochwandung verfahren. Für eine zuverlässige Messung sind hierbei jedoch zwei grundsätzliche Verfahrensschritte notwendig. Zunächst ist das Bohrloch zu erstellen und anschließend ist die Messung vorzunehmen ist. Beim Abbohren des Bohrloches und beim Abfördern des abgebohrten Bodenmateriales aus dem Bohrloch besteht zudem die grundsätzliche Problematik, dass eine Verschmierung zwischen den einzelnen Bodenschichten erfolgen kann. Dies erschwert eine zuverlässige Ermittlung des Schichtaufbaues des Gewässerbodens.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unterwasser-Bohrvorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit welchen ein effizientes Sondieren eines Gewässerbodens erfolgen kann.
  • Die Erfindung wird zum einen durch eine Unterwasser-Bohrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Unterwasser-Bohrvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Sondeneinheit mit einem Sondendorn zum Sondieren des Gewässerbodens vorgesehen ist, welche an dem Bohrgestänge lösbar angeordnet ist, dass die Sondeneinheit ausgebildet ist, beim Eintreiben in den Boden Bodendaten zu erfassen und in einem internen Datenspeicher zu speichern, und dass am Grundrahmen eine Ausleseeinheit zum Auslesen und Speichern der in dem Datenspeicher der Sondeneinheit gespeicherten Daten angeordnet ist.
  • Eine erster Aspekt der Erfindung besteht darin, mittels einer Unterwasser-Bohrvorrichtung eine Bohrung mittels eines Bohrgestänges zu erstellen. Die Bohrung kann insbesondere als eine materialabtragende Bohrung und vorzugsweise durch Spülbohren durchgeführt werden, wobei das abgetragene Bodenmaterial nach außerhalb des Bohrlochs abgeführt wird.
  • Am unteren Ende des Bohrgestänges kann vor oder nach einem Bohrschritt eine Sondeneinheit mit einem Sondendorn lösbar angeordnet werden. Zum Sondieren bildet der Sondendorn der Sondeneinheit ein unteres Ende an dem Bohrgestänge. Durch axiales Verfahren des Bohrgestänges nach unten kann der Sondendorn in den am Bohrlochgrund noch unbearbeiteten, sozusagen jungfräulichen Boden, eingetrieben werden. Beim Eintreiben kann vorzugsweise keine oder nur eine geringe Drehbewegung des Sondendorns stattfinden. Hierdurch lassen sich durch die Sondeneinheit besonders aussagekräftigeDaten zu dem unveränderten Boden erfassen. Die mit der Sondeneinheit erfassten Daten können beispielsweise Rückschlüsse auf die Festigkeit oder Tragfähigkeit des Bodens, den Aufbau des Bodens oder zur Zusammensetzung des Bodens, insbesondere hinsichtlich möglicher Bodenschätze, erlauben. Am Grundrahmen kann ein Drehantrieb zum drehenden Antreiben des Bohrgestänges und ein Verfahrantrieb zum axialen Verfahren angeordnet sein.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Sondeneinheit ausgebildet ist, beim Eintreiben in den Boden Bodendaten zu erfassen und in einem internen Datenspeicher zu speichern. Die Sondeneinheit kann grundsätzlich autark arbeiten und ist mit einer eigenständigen Energieversorgung, insbesondere einem Akkumulator, versehen. Die Sondeneinheit muss so nicht mit einer Daten- und/oder Energieleitung beim Sondieren versehen sein. Vielmehr werden die erfassten Daten intern abgespeichert und können nach einem Rückziehen der Sondeneinheit aus dem Bohrloch ausgelesen und an ein Versorgungssschiff übermittelt werden. Es besteht keine Datenkabelverbindung im Bohr- und/oder Sondierbetrieb zwischen der Sondeneinheit und den weiteren Komponenten der Bohrvorrichtung. Die Sondeneinheit ist sozusagen kabel- oder leitungslos angeordnet.
  • Nach der Erfindung ist es vorteilhaft, dass am Grundrahmen eine Ausleseeinheit zum Auslesen und Speichern der in dem internen Datenspeicher der Sondeneinheit gespeicherten Daten angeordnet ist. Ein Auslesen der Daten kann insbesondere drahtlos erfolgen, ohne dass eine Steckverbindung zur Datenabfrage zwischen der Sondeneinheit und der Ausleseeinheit aufgebaut werden müsste. Generell wäre dies neben einem drahtlosen Auslesen jedoch auch möglich.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Bohrgestänge aus den rohrförmigen Bohrgestängeelementen einen mittigen Hohlraum aufweist, durch welchen die Sondeneinheit zum unteren Ende des Bohrgestänges einbringbar und durch das Bohrgestänge wieder rückziehbar ist. Somit kann der materialabtragende Bohrschritt ohne die Sondeneinheit durchgeführt werden. Der freie Hohlraum kann beim Bohren zur Zuführung einer Spülflüssigkeit und/oder zur Abfuhr von Bohrklein genutzt werden. Die empfindliche Sondeneinheit kann somit auch geschont werden, was sich positiv auf die Messgenauigkeit und die Langlebigkeit der Sondeneinheit auswirkt. Nach einem Sondieren kann die Sondeneinheit wieder rückgezogen werden, so dass dann etwa ein weiterer Bohrschritt und ein weiteres Sondieren erfolgen können. Die Schritte zum Bohren und Sondieren können so oft wiederholt werden, bis eine gewünschte Endtiefe erreicht wird.
  • Nach dem Bohren kann die Sondeneinheit durch den Hohlraum des rohrförmigen Bohrgestänges bis zu der unteren Endposition verbracht werden. Dabei kann das Bohrgestänge entsprechend der Länge der Sondeneinheit, insbesondere des Sondendorns, innerhalb des Bohrloches um einen gewissen Betrag rückgezogen werden. Die Sondeneinheit kann in der unteren Endposition mittels einer Verriegelungseinrichtung lösbar verriegelt und fixiert werden. Sodann kann durch weiteres Absenken des Bohrgestänges der Sondendorn der Sondeneinheit in den Gewässerboden unterhalb des Bohrlochgrundes eingebracht werden. Vorzugsweise bereits beim Eintreiben in den Boden können Bodendaten erfasst werden. Das Erfassen der Bodendaten kann zeit- und/oder tiefenabhängig erfolgen, so dass die jeweils gemessenen Daten abhängig vom Bohrzeitpunkt und/oder insbesondere einer Bohrtiefe abgespeichert werden können. Dies erleichtert eine spätere Auswertung und Zuordnung zu bestimmten Bodenschichten.
  • Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorteilhaft, dass ein unteres Bohrgestängeelement des Bohrgestänges ein Bohrwerkzeug, insbesondere ein ringförmiges Bohrwerkzeug, zum Abtrag von Bodenmaterial aufweist. Hierbei kann ein materialabtragendes Bohren durchgeführt werden. Das abgetragene Bodenmaterial kann entsprechend einem Spülbohrverfahren durch Zuleitung einer Spülflüssigkeit nach oben abgetragen werden. Vorzugsweise kann die Spülflüssigkeit durch den inneren Hohlraum des Bohrgestänges bis zu dem ringförmigen Bohrwerkzeug gefördert werden. Das abgetragene Bohrklein kann vorzugsweise entlang der Außenseite des Bohrgestänges nach oben abgeführt werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, mittels des Bohrantriebes in einem ersten Bohrschritt ein drehendes Bohren zum Bilden einer Bohrung unter Abtrag von Bodenmaterial und anschließend nach Einsetzen der Sondeneinheit in einem zweiten Sondierschritt ein Sondieren durch axiales Eintreiben des Sondendorns in den Boden, vorzugsweise ohne Drehbewegung, durchzuführen. Der Bohr- und der Sondiervorgang können so automatisiert durchgeführt werden. Insbesondere kann in einem ersten Schritt ein Bohren bis zu einer Tiefenposition erfolgen, ab welcher ein Sondieren des Bodens erfolgen soll. Die Sondeneinheit mit dem Sondendorn wird dabei über ein axiales Verschieben des Bohrgestänges in den noch unbearbeiteten Boden unterhalb des Bohrlochgrundes, vorzugsweise ohne Drehbewegung, eingebracht. Durch Vermeiden einer Drehbewegung wird einem unerwünschten Verschmieren von Bodenmaterial vorgebeugt. Es können so besonders zuverlässige Daten zu dem sondierten Bodenbereich erfasst werden. Alternativ kann als erster Schritt ein Sondieren bis zu einer ersten Sondiertiefe erfolgen. Anschließend kann ein Abbohren bis zu der ersten Sondiertiefe ausgeführt werden, so dass darauf ein weiterer Sondierschritt erfolgen kann. Das Sondieren und Bohren kann wechselweise durchgeführt werden, insbesondere so lange, bis eine Endtiefe erreicht ist.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass am Grundrahmen eine Hubeinrichtung zum vertikalen Bewegen der Sondeneinheit in dem Bohrgestänge, insbesondere zum Bewegen in die untere Sondierposition und zum Rückholen in eine obere Entnahmeposition, angeordnet ist. Zum Rückholen kann die Sondeneinheit zunächst in der unteren Sondierposition entriegelt werden, so dass dieses vom Bohrgestänge gelöst ist. Über die Hubeinrichtung kann dann die Sondeneinheit durch das hohle Bohrgestänge in eine obere Entnahmeposition bewegt werden. Die Sondeneinheit kann anschließend aus dem Bohrgestänge entnommen werden oder es kann ein Auslesen unmittelbar im Bereich der Entnahmeposition erfolgen.
  • Besonders bevorzugt ist es dabei, dass die Hubeinrichtung ein Hubseil mit einem Seilendstück zum lösbaren Verbinden mit einem Verbindungselement am oberen Ende der Sondeneinheit aufweist. Insbesondere kann über die Hubeinheit die Sondeneinheit wieder zurück in die Betriebsposition verbracht werden. Nach einem erneuten Verriegeln der Sondeneinheit am unteren Ende des Bohrgestänges kann das Hubseil von der Sondeneinheit gelöst und während des Sondierbetriebes rückgezogen sein. Grundsätzlich kann das Hubseil insbesondere bei einem axialen Eintreiben eines Sondendorns an der Sondeneinheit verbleiben. Alternativ kann die Sondeneinheit auch im freien Fall durch das rohrförmige Bohrgestänge eingebracht werden. Am unteren Ende des Bohrgestänges kann die Sondeneinheit verriegelt werden, so dass ein weiteres Bewegen der Sondeneinheit über das Bohrgestänge und den Bohrantrieb erfolgen kann.
  • Grundsätzlich kann das Auslesen der Daten in jeder geeigneten Weise erfolgen. Nach einer Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Ausleseeinheit zum drahtlosen und/oder kontaktgebundenen Auslesen und Speichern der in dem Datenspeicher der Sondeneinheit gespeicherten Daten ausgebildet ist. Dies ermöglicht ein besonders effizientes Auslesen.
  • Grundsätzlich kann die Ausleseeinheit zu der Sondeneinheit bewegt werden. Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass am Grundrahmen eine Manipulatoreinrichtung angeordnet ist, welche zum Greifen der Sondeneinheit und Bewegen zwischen dem Bohrgestänge und der Ausleseeinheit sowie einer Lagerposition ausgebildet ist. Durch die Manipulatoreinrichtung kann die Sondeneinheit gegriffen und zu der Ausleseeinheit bewegt werden.
  • Besonders zweckmäßig ist es dabei, dass die Manipulatoreinrichtung ganz oder teilweise durch die Handhabungseinrichtung gebildet ist. Insbesondere kann der gleiche Greifer zum Greifen der Sondeneinheit verwendet werden, wie er auch zum Greifen der Bohrgestängeelemente eingesetzt wird.
  • Zum Lagern der Bohrgestängeelemente kann jede geeignete Lageranordnung an dem Grundrahmen vorgesehen sein. Eine besonders kompakte Anordnung wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielt, dass der mindestens eine Lagerbereich ein Revolvermagazin zum Aufnehmen und Lagern der rohrförmigen Bohrgestängeelemente und der Sondeneinheit aufweist. Insbesondere können auch zwei oder mehr Revolvermagazine angeordnet sein.
  • Die Bohrgestängeelemente können so drehbar gelagert werden, wodurch sich die Ausbildung der Handlingseinrichtung entsprechend vereinfacht, da etwa beim Entnehmen der Bohrgestänge diese durch das Revolvermagazin stets zu einer definierten Abgabeposition bewegt werden können. Im umgekehrter Weise können die Bohrgestängeelemente auch stets an eine definierte freie Lagerposition abgegeben werden, die durch Verdrehen des Revolvermagazins zu der gleichen Aufnahmeposition erfolgt.
  • Die Unterwasser-Bohrvorrichtung kann grundsätzlich autark ausgebildet sein. Vorteilhaft ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung, dass die Unterwasser-Bohrvorrichtung über mindestens eine Leitung mit einem Versorgungsschiff verbunden ist und Daten von der Ausleseeinheit über die Leitung an das Versorgungsschiff übertragbar sind. Es kann so insbesondere ein Datenaustausch mit und eine Energieversorgung von einem Versorgungsschiff erfolgen. Insbesondere ist es möglich, nach jedem Sondierschritt die Daten auszulesen. Auf Grundlage der erhaltenen Daten kann so etwa unmittelbar entschieden werden, ob ein weiterer Sondierschritt notwendig oder sinnvoll ist.
  • Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Sondieren eines Gewässerbodens, wobei nach der Erfindung vorgesehen ist, dass eine erfindungsgemäße Unterwasser-Bohrvorrichtung in ein Gewässer abgesenkt und auf dem Gewässerboden aufgestellt wird, dass mit einem Bohrantrieb und einem Bohrgestänge, welches aus rohrförmigen Bohrgestängeelementen aufgebaut wird, eine Bohrung erstellt wird, dass vor und/oder nach dem Bohren eine Sondeneinheit mit einem Sondendorn zum Sondieren des Gewässerbodens an dem Bohrgestänge lösbar angeordnet wird, dass die Sondeneinheit in den Boden eingetrieben wird, wobei Bodendaten erfasst und in einem internen Datenspeicher der Sondeneinheit gespeichert werden, und dass die gespeicherten Daten aus dem Datenspeicher der Sondeneinheit über eine Ausleseeinheit am Grundrahmen ausgelesen werden.
  • Mit dem Verfahren können die zuvor beschriebenen Vorteile beim Einsatz der erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohrvorrichtung erzielt werden.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsvariante des Verfahrens besteht darin, dass zum Auslesen der erfassten Daten in dem Datenspeicher die Sondeneinheit zu der Ausleseeinheit am Grundrahmen der Unterwasser-Bohrvorrichtung bewegt wird. Die Sondeneinheit kann so autark arbeiten und die erfassten Daten können nach jedem Sondierschritt zuverlässig durch die Ausleseeinheit ausgelesen werden. Von der Ausleseeinheit können die erfassten Daten über eine geeignete Datenverbindung etwa zu einem Versorgungsschiff weitergeleitet werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Daten aus dem Datenspeicher an der Ausleseeinheit drahtlos und/oder drahtgebunden ausgelesen werden. Die Ausleseeinheit kann dabei insbesondere eine Aufnahme, insbesondere eine Dockingstation aufweisen, an welcher die Sondeneinheit zur Datenübertragung angeordnet wird. Die Datenübertragung zum Auslesen der Daten aus dem Datenspeicher der Sondeneinheit kann kontaktgebunden, etwa über eine Steckverbindung, oder vorzugsweise drahtlos erfolgen. Insbesondere kann die Sondeneinheit mit einem Transponder versehen sein, welcher bei Empfang eines entsprechenden Signales die erfassten Daten an die Ausleseeinheit überträgt. An der Ausleseeinheit kann auch eine Ladestation angeordnet sein, mit welcher kontaktgebunden oder drahtlos ein elektrischer Energiespeicher an der Sondeneinheit aufgeladen wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Verfahrensvariante besteht gemäß der Erfindung darin, dass über eine Leitung oder drahtlos die Daten von der Ausleseeinheit unmittelbar oder nach einer Zwischenspeicherung zu bestimmten Zeitpunkten zu einem Versorgungsschiff übertragen werden. Insbesondere bei größeren Arbeitstiefen von 100 Metern und tiefer, insbesondere bei Arbeitstiefen von über 1.000 Metern, können die Daten aus der Ausleseeinheit mittels einer Leitung, insbesondere eines sogenannten Umbilicals, zu einem Versorgungsschiff an der Wasseroberfläche übertragen werden. Die Leitung kann dabei nicht allein als eine Datenleitung sondern insgesamt als eine Versorgungsleitung für die Unterwasser-Bohrvorrichtung ausgebildet sein. Für eine schnelle Auswertung der Daten, insbesondere für eine Entscheidung über einen weiteren Bohr- oder Messschritt, können die Daten unmittelbar an das Versorgungsschiff übertragen werden. Alternativ können die Daten in der Ausleseeinheit auch für eine gewisse Zeitspanne in einem Datenspeicher der Ausleseeinheit zwischengespeichert werden, um zu einem geeigneten Zeitpunkt an das Versorgungsschiff übertragen werden zu können.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass in einem ersten Bohrschritt ein drehendes Bohren zum Bilden einer Bohrung unter Abtrag von Bodenmaterial erfolgt und dass anschließend in einem zweiten Sondierschritt die Sondiereinheit in das Bohrgestänge eingesetzt wird, wobei ein Sondieren durch axiales Eintreiben des Sondendorns in den Boden am Bohrlochgrund, vorzugweise ohne Drehbewegung, durchgeführt wird, und dass nötigenfalls der Bohrschritt und der Sondierschritt so oft wiederholt werden, bis der Gewässerboden bis zu einer gewünschten Tiefe sondiert ist.
  • Alternativ ist es nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in einem ersten Sondierschritt die Sondeneinheit in das Bohrgestänge eingesetzt wird, wobei ein Sondieren durch axiales Eintreiben des Sondendorns in den Boden am Bohrlochgrund, vorzugsweise ohne Drehbewegung, durchgeführt wird, dass anschließend in einem zweiten Bohrschritt ein drehendes Bohren zum Bilden einer Bohrung unter Abtrag von Bodenmaterial erfolgt, und dass nötigenfalls der Sondierschritt und der Bohrschritt so oft wiederholt werden, bis der Gewässerboden (5) bis zu einer gewünschten Tiefe sondiert ist. Das Verfahren wird so unmittelbar mit einem Sondierschritt begonnen, so dass Daten ausgehend von der Bodenoberfläche erhalten werden.
  • Besonders aussagekräftige Daten ergeben sich nach eine Weiterbildung der Erfindung dadurch, dass beim Bohren und/oder Sondieren eine Tiefenlage im Boden erfasst wird und dass die erfassten Bodendaten zugeordnet zur jeweiligen Tiefenlage gespeichert werden. Hierdurch kann insbesondere ein Schichtaufbau des Boden ermittelt werden.
  • Durch ein wechselweises Bohren und Sondieren kann der jeweils nachfolgende Bohrschritt auf die erfolgte Sondiertiefe und die Länge des Sondendorns abgestimmt werden. Insbesondere wird jeder weitere Bohrschritt mit einer Bohrtiefe durchgeführt, die der vorausgegangenen Sondiertiefe entspricht. Somit kann ein Sondieren durch die Sondiereinheit stets in einem Bodenbereich in einem unbearbeiteten Zustand durchgeführt werden. Dies erhöht die Datenqualität.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben, welches schematisch in den Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische perspektivische Ansicht einer Unterwasser-Bohrvorrichtung nach der Erfindung;
    Fig. 2
    eine schematische Seitenansicht der Unterwasser-Bohrvorrichtung nach Fig. 1;
    Fig. 3
    eine schematische Seitenansicht einer Sondeneinheit für die Erfindung;
    Fig. 4
    eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohrvorrichtung vor dem Einsetzen einer Sondeneinheit in eine Bohrung;
    Fig. 5a
    eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohrvorrichtung von Fig. 4 nach dem Einsetzen einer Sondeneinheit in die Bohrung;
    Fig. 5b
    eine schematische Detailansicht der erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohrvorrichtung von Fig. 5a zur Verbindung der Sondeneinheit;
    Fig. 6
    schematische Seitenansichten der Unterwasser-Bohrvorrichtung zum Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
    Fig. 7
    eine schematische Querschnittsansicht zum Lagerbereich einer Unterwasser-Bohrvorrichtung;
    Fig. 8
    eine schematische Seitenansicht einer Ausleseeinheit einer erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohrvorrichtung vor dem Auslesen; und
    Fig. 9
    eine schematische Seitenansicht der Ausleseeinheit von Fig. 8 beim Auslesen einer Sondereinheit.
  • Der grundsätzliche Aufbau einer erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 nach der Erfindung wird im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 erläutert. Die Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 umfasst einen kastenförmigen Grundrahmen 12, welcher vorzugsweise aus Stahlträgern aufgebaut ist. In einem inneren, insbesondere mittleren Bereich des Grundrahmens 12 kann eine vertikal gerichtete Bohrführung 24 vorgesehen sein, entlang welcher ein Bohrantrieb 20 mit einer Spanneinrichtung 22 zum Spannen von Bohrgestängeelementen 32 vertikal verfahrbar entlang einer Bohrachse 21 gelagert und angetrieben sein kann. Zusätzlich kann der Bohrantrieb 20 senkrecht zur Bohrachse 21 in einer horizontalen Richtung entlang einer Querschiene 23 von der Bohrachse 21 weg verschiebbar sein. Der Bohrantrieb 20 kann dabei als Teil einer Handhabungseinrichtung 38 dienen, um in den Lagerbereichen 14 und 15 des Grundrahmens 12 nicht dargestellte, gelagerte Bohrgestängeelemente 32 zu greifen und diese in die Bohrachse 21 zu führen. Die nur schematisch angedeutete Handhabungseinrichtung 38 kann weitere Komponenten aufweisen, um in bekannter Weise vertikal gerichtete, gelagerte Bohrgestängeelemente 32 und eine Sondeneinheit 60 zu greifen und zur Bohrachse 21 zu fördern.
  • Zum Bilden eines Bohrstranges oder Bohrgestänges 30 wird ein neues Bohrgestängeelement 32 an ein bereits vorhandenes Bohrgestängeelement 32 mittels Schraubverbindung angeschlossen. In Fig. 1 ist lediglich ein einzelnes Bohrgestängeelemente 32 gezeigt, welches in einem ersten Bohrschritt in den Gewässerboden 5 eingebracht wurde. Bei diesem anfänglichen Bohrgestängeelement 32 ist am unteren Ende ein Bohrwerkzeug 31 mit bodenabtragenden Schneidwerkzeugen vorgesehen. Beim Abbohren des rohrförmigen Bohrgestängeelementes 32 wird Bodenmaterial abgetragen und kann durch ein bekanntes Spülbohren nach oben abgeführt werden. Dadurch entsteht ein Bohrloch. Im Inneren des Bohrgestänges 30 ist ein Hohlraum angeordnet, in welchem eine Sondereinheit zu- und abgeführt werden kann.
  • Zum Zu- und Abführen von Bohrgestängeelementen 32 und einer Sondeneinheit 60 kann der Bohrantrieb 20 entlang und/oder quer zur Bohrachse 21 verfahren werden. Ein Hubseil 43 einer Hubeinrichtung 40, welche eine Verstelleinrichtung 41 aufweisen kann, kann entlang der Bohrachse 21 bewegt und insbesondere in den Hohlraum des Bohrgestänges 30 eingebracht werden. Der Bohrantrieb 20 kann dabei ringförmig mit einem Durchgang ausgebildet sein und/oder aus dem Bereich der Bohrachse 21 bewegt werden. Am unteren freien Ende des Hubseiles 43 kann eine hülsenförmige Verbindungseinrichtung 44 angeordnet sein. Das Hubseil 43 verläuft von einer am Grundrahmen 12 befestigten Winde 42 vorzugsweise über eine untere Anlenkrolle 45 zu einer oberen Umlenkeinrichtung 46 der Hubeinrichtung 40. Über die Winde 42 kann das mehrfach am Grundrahmen 12 umgelenkte Hubseil 43 nach unten abgelassen werden, wobei die Verbindungseinrichtung 44 am Hubseil 43 mit einer Verbindungseinrichtung 36 am oberen Ende der Sondeneinheit 60 in Eingriff kommt. Dabei wird eine Verbindung hergestellt, so dass die Sondeneinheit 60 nach oben aus dem Bohrgestänge 30 herausgezogen oder hierin zum Grund des Bohrlochs abgesenkt werden kann.
  • Bei einem Herausziehen kann die Sondeneinheit 60 mittels der Handhabungseinrichtung 38 seitlich zu den Lagerbereichen 14, 15 an dem Grundrahmen 12 bewegt werden. Die Sondeneinheit 60 kann zu einer nicht näher dargestellten Ausleseeinheit 70 verbracht werden, durch welche ein Datenspeicher der Sondeneinheit 60 ausgelesen werden kann. Hierzu kann insbesondere der Bohrantrieb 20 von dem Bohrgestänge 30 gelöst und aus der Bohrachse bewegt werden. Nach Verbindung mit einer Hilfswinde kann die Sondeneinheit 60 noch oben gezogen und dort entriegelt werden.
  • In einem Bereich 50 oberhalb der Bohrlochöffnung können eine oder mehrere Spanneinheiten 17 zum Halten des Bohrgestänges 30 und/oder Lösen einer Gestängeverbindung angeordnet sein.
  • Nach diesem ersten Bohrschritt und Sondierschritt kann ein weiterer Bohrschritt mit einem neuen Bohrgestängeelement 32 aus dem Lagerbereich 14, 15 durchgeführt werden. Das neue Bohrgestängeelement 32 kann an das obere Bohrgestängeelement 32 des Bohrgestänges 30 angeschlossen werden. Anschließend kann dann das Bohrgestänge 30 wieder um einen Bohrschritt um die Länge eines Bohrgestängeelementes 32 in den Gewässerboden 5 abgebohrt werden. Sodann kann die Sondeneinheit 60 wieder in das Bohrloch eingeführt und ein neuer Sondierschritt durchgeführt werden.
  • Es können dann entsprechend weitere Bohrschritte und Sondierschritte erfolgen, soweit dies gewünscht wird.
  • Nach Rückbau des Bohrgestänges 30 kann die Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 zu einer zweiten Position versetzt werden, um eine weitere Bohrung und Sondierung durchzuführen.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer möglichen Sondeneinheit 60 zum Einsatz bei der erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 ist näher in Fig. 3 dargestellt. Die Sondeneinheit 60 weist einen im Wesentlichen zylindrischen Grundköper 62 auf, an dessen unteren Ende ein Sondendorn 64 mit einer unteren Messspitze 65 angeordnet sein kann. Der Sondendorn 64 kann insbesondere als eine CPT-Messsonde mit einem CPT-Interface als Messspitze 65 ausgebildet sein.
  • An einem oberen Ende des Grundkörpers sind ein Dateninterface 67, welches insbesondere für eine drahtlose Datenübertragung ausgebildet ist, und ein Verbindungselement 66 angeordnet, welches mit einer Verbindungseinrichtung 44 am freien Ende des Hubseils 43 zum lösbaren Verbinden der Sondeneinheit 60 an das Hubseil 43 zusammenwirken kann. Das Dateninterface 67 ist zusammen mit der Ausleseeinheit 70 so ausgebildet, dass die erfassten Daten aus dem Datenspeicher der Sondeneinheit 60 ausgelesen werden können. Weiterhin kann an dem Grundkörper 62 oberhalb des Sondendorns 64 eine Verriegelungseinrichtung 68 angeordnet sein, welche zum lösbaren Verriegeln der Sondeneinheit 60 an einem unteren Ende des Bohrgestänges 30 ausgebildet sein kann.
  • Ein Außendurchmesser der Sondeneinheit 60 ist so ausgelegt, dass diese in einen inneren Hohlraum des rohrförmigen Bohrgestänges 30 eingesetzt werden kann. Zusätzlich kann die Sondeneinheit 60 einen Zentrierabschnitt 63 an dem Sondendorn 64 oder dem Grundkörper 62 aufweisen, mit welchem die Sondeneinheit 60 in dem Bohrgestänge 30 an bestimmten Stellen oder in einer Ausleseeinheit zentriert angeordnet werden kann.
  • Der Sondendorn 64 weist eine Länge L auf, mit welcher der Sondendorn 64 in den Boden 5 eingetrieben oder eingedrückt werden kann. Die Länge L bestimmt somit auch die minimale Länge für einen Bohrschritt, damit der Sondendorn 64 stets in einen möglichst unveränderten Boden 5 eingetrieben werden kann.
  • Der grundsätzliche Aufbau und die Betriebsweise einer erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 werden weiter in Zusammenhang mit den Figuren 4, 5a und 5b erläutert. Der Grundrahmen 12 der Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 wird auf einem Gewässerboden 5 aufgesetzt. Die Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 kann über eine Leitung 19 mit einem Versorgungsschiff verbunden sein. An dem Grundrahmen 12 sind in einem Lagerbereich Bohrgestängeelemente 32 angeordnet, welche über eine hier nicht dargestellte Handhabungseinrichtung 38 unterhalb des Bohrantriebes 20 verbracht werden können. In dem Gewässerboden 5 kann dabei ein erstes Bohrgestängeelement 32 mit einem unteren Bohrwerkzeug 31 in den Boden eingebracht sein. Bei Bedarf kann das eingebrachte Bohrgestängeelement 32 nach einem Lösen des Bohrantriebes 20 mittels einer Spanneinheit 17 am Grundrahmen 12 in einer gewünschten Lage gehalten werden.
  • Mittels der nicht dargestellten Handhabungseinrichtung 38 kann eine stangenförmige Sondeneinheit 60, welche gemäß Fig. 4 an einer Ausleseeinheit 70 in einer Auslese- oder Warteposition am Grundrahmen 12 gehalten sein kann, unter den nach oben gefahrenen Bohrantrieb 20 verbracht werden. Die Sondeneinheit 60 kann hierzu über eine Verbindungseinrichtung 44 am freien Ende des Hubseils 43 einer Hubeinrichtung 40 verbunden werden, wie in Fig. 5b dargestellt ist. Mittels der Hubeinrichtung 40 mit einer Winde 42 und einer Umlenkeinrichtung 46 für das Hubseil 43 kann die Sondeneinheit 60 durch den ringförmigen Bohrantrieb 20 hindurch vertikal in das erstellte Bohrloch eingebracht und innerhalb des rohrförmigen Bohrgestängeelementes 32 mittels der Verriegelungseinrichtung 68 lösbar befestigt werden, wie in Fig. 5a verdeutlicht ist. Durch ein nach-unten-Fahren des Bohrantriebs 20 über einen nicht dargestellten Verfahrantrieb kann die Sondeneinheit 60 dann zur Erfassung von Daten des Bodens 5 in diesen eingedrückt werden. Alternativ kann die Sondeneinheit 60 auch ohne Hubeinrichtung durch Einführen und Fallenlassen in das Bohrgestänge 30 eingebracht werden.
  • Ein möglicher bevorzugter Verfahrensablauf ist schematisch in den Ablaufdarstellungen nach Fig. 6 näher verdeutlicht.
  • Gemäß Fig. 6a befindet sich die Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 in einem Ausgangszustand auf dem Gewässerboden 5. Die Sondeneinheit 60 kann sich in einer Warte- oder Ausleseposition befinden. Die einzelnen Bohrgestängeelemente 32 können in einem Lagebereich 14 angeordnet sein.
  • Aus dieser Ausgangsposition kann nunmehr die Sondeneinheit 60 mittels einer Handhabungseinrichtung 38 in eine Position unterhalb des Bohrantriebes 20 bewegt und mit diesem gekoppelt werden. Gleichzeitig kann das Hubseil 43 der Hubeinrichtung 40 über die Verbindungseinrichtung 44 mit der Sondeneinheit 60 verbunden werden, wie gemäß den Figuren 6b und 6c veranschaulicht ist. Der Bohrantrieb 20 kann mit einer Hohlwelle ausgebildet und/oder aus der Bohrachse bewegbar gelagert sein.
  • Sodann kann durch ein nach-unten-Fahren des Bohrantriebes 20, vorzugsweise ohne dass dieser eine Drehbewegung ausführt, die Sondeneinheit 60 in den Gewässerboden 5 eingedrückt werden, wie anschaulich in Fig. 6d gezeigt ist. Bei diesem Eindrücken können über die Sondeneinheit 60, welche vorzugsweise als eine CPT-Sonde ausgebildet ist, Daten zum Gewässerboden 5 erfasst werden.
  • Nach dem ersten Sondierschritt kann der Bohrantrieb 20 mit der Sondeneinheit 60 wieder aus dem Gewässerboden 5 rückgezogen werden, wie in Fig. 6e dargestellt ist.
  • Nach dem Lösen der Sondeneinheit 60 von dem Bohrantrieb 20 und der Hubeinrichtung 40 kann die Sondeneinheit 60 über die nicht gezeigte Handhabungseinrichtung 38 aus der Bohrachse heraus in die seitliche Ausleseposition bewegt werden, wie in Fig. 6f verdeutlicht ist. Gleichzeitig oder danach kann ein Bohrgestängeelement 32 aus dem seitlichen Lagereich mit der Handhabungseinrichtung 38 in die Bohrachse unterhalb des Bohrantriebes 20 bewegt werden.
  • Nach Verbinden des Bohrgestängeelementes 32 mit dem Bohrantrieb 20 kann ein Bohrloch mit dem Bohrgestängeelement 32 durch drehenden Antrieb durch den Bohrantrieb 20 und durch ein axiales nach-unten-Fahren in den Gewässerboden 5 gemäß Fig. 6g materialabtragend abgebohrt werden. Abgetragenes Bodenmaterial kann insbesondere mittels Einleiten einer Spülflüssigkeit, wie es etwa grundsätzlich bei Spülbohrverfahren bekannt ist, aus dem Bohrloch ausgespült werden.
  • Nach Erreichen der gewünschten Abbohrposition gemäß Fig. 6g kann die Sondeneinheit 60 über die Handhabungseinrichtung 38 und die Hubeinrichtung 40 in den Hohlraum des rohrförmigen Bohrgestängeelementes 32 im Gewässerboden 5 eingesetzt werden, wie in Fig. 6h gezeigt ist. Das Einsetzen der Sondeneinheit 60 kann über die Hubeinrichtung 40 erfolgen, wobei der Bohrantrieb 20 in seine obere Position nach dem Lösen von dem Bohrgestängeelement 32 rückgesetzt sein kann.
  • Nach dem Einsetzen der Sondeneinheit 60 in das in den Gewässerboden 5 eingebrachte Bohrgestängeelement 32 kann der Bohrantrieb 20 wieder nach unten verfahren und mit dem eingebrachten Bohrgestängeelement 32 verbunden werden, wie in Fig. 6i abgebildet ist.
  • Anschließend kann der Bohrantrieb 20 mit dem Bohrgestängeelement 32 nach oben verfahren werden, während die Sondeneinheit 60 in dem erstellten Bohrloch in dem Gewässerboden 5 verbleibt, wie in Fig. 6j veranschaulicht ist In dieser Position kann die Sondeneinheit 60 über die Verriegelungseinrichtung 68 lösbar an dem unteren Ende des Bohrgestängeelementes 32 verriegelt werden.
  • Wie in Fig. 6k dargestellt, kann nunmehr der Bohrantrieb 20 mit dem Bohrgestängeelement 32 und der darin verriegelten und festgelegten Sondeneinheit 60 vorzugsweise ohne Drehbewegung nach unten verfahren werden, wobei die Sondeneinheit 60 mit ihrem Sondendorn 64 um einen weiteren Schritt in den Gewässerboden 5 eingedrückt wird. Hierbei kann bei dem Eindrücken ein weiterer Sondierschritt mit Erfassung von Daten zum Gewässerboden 5 durch die Sondeneinheit 60 erfolgen.
  • Nach Abschluss dieses weiteren Sondierschrittes wird der Bohrantrieb 20 von dem Bohrgestängeelement 32 gelöst und nach oben in die Ausgangsposition verfahren, wie aus Fig. 61 hervorgeht. Das im Gewässerboden 5 befindliche Bohrgestängeelement 32 kann nötigenfalls über die Spanneinheit 17 am unteren Ende der Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 gehalten werden.
  • Die Sondeneinheit 60 kann nunmehr von dem Bohrgestängeelement 32 entriegelt und über die Hubeinrichtung 40 aus dem Gewässerboden 5 herausgezogen werden, wie in Fig. 6m verdeutlicht ist.
  • Über die nicht dargestellte Handhabungseinrichtung 38 kann nun die Sondeneinheit 60 erneut entsprechend dem Verfahrensschritt nach Fig. 6f in die seitliche Ausleseposition zum Auslesen der erfassten Daten bewegt werden. Das Auslesen der Daten kann kontaktlos per Funk oder mittels einer Steckverbindung erfolgen. Gleichzeitig oder anschließend kann aus dem Lagerbereich 14, 15 ein weiteres Bohrgestängeelement 32 mit der Handhabungseinrichtung 38 in den Bereich der Bohrachse 21 unterhalb des Bohrantriebes 20 verbracht werden, wie aus Fig. 6n ersichtlich ist.
  • Durch Anschließen des Bohrantriebes 20 an das zweite Bohrgestängeelement 32 kann dieses mit dem bereits im Gewässerboden 5 befindlichen ersten Bohrgestängeelement 32, etwa mittels einer Schraubverbindung, verbunden und dann durch nach-unten-Fahren des Bohrantriebes 20 unter Erzeugung einer Drehbewegung weiter in den Gewässerboden 5 eingebracht werden. Durch die beiden Bohrgestängeelemente 32 wird ein Bohrgestänge 30 mit einem inneren Hohlraum gebildet, wie in Fig. 6o verdeutlicht ist.
  • Nunmehr kann erneut der Bohrantrieb von dem oberen Bohrgestängeelemente 32 gelöst und nach oben in eine Ausgangsposition verfahren werden. Dann kann erneut über die nicht dargestellte Handhabungseinrichtung 38 die Sondeneinheit 60 in den Bereich der Bohrachse 21 unterhalb des Bohrantriebes 20 bewegt und mit der Verbindungseinrichtung 44 am freien Ende des Hubseils 43 der Hubeinrichtung 40 verbunden werden, um die Sondeneinheit 60 erneut entsprechend dem Verfahrensschritt nach Fig. 6h in den Hohlraum des Bohrgestänges 30 abzusenken. Nach Verbinden mit dem unteren Ende des Bohrgestänges 30 kann mit der Sondiereinheit 60 ein weiterer Sondierschritt durchgeführt werden, wie er vorausgehend im Zusammenhang mit den Figuren 6h bis 6m beschrieben wurde. Diese Schritte des wechselseitigen Abbohrens und Sondierens können bis zum Erreichen einer gewünschten Endtiefe wiederholt werden.
  • Eine mögliche Ausgestaltung und Anordnung einer erfindungsgemäßen Handhabungseinrichtung 38 mit einem Greifer oder einer Manipulatoreinrichtung 35 ist in Fig. 7 gezeigt. An einer Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 sind ein erster Lagerbereich 14 und ein zweiter Lagerbereich 15 für Bohrgestängeelemente angeordnet. Die beiden Lagerbereiche 14, 15 sind jeweils mit einem Revolvermagazin 16 ausgestattet, in welchen die nicht dargestellten Bohrgestängeelemente in umfangsseitigen Aufnahmeschlitzen gehalten und durch eine Drehbewegung des Revolvermagazins 16 zu einer Ausgabeposition im Bereich der Handhabungseinrichtung 38 bewegbar sind.
  • Die Handhabungseinrichtung 38 weist einen Schwenkarm mit einer Manipulatoreinrichtung 35 auf, welche entlang eines bogenförmigen Verfahrweges 18 um eine Schwenkachse verschwenkbar ist. Die Manipulatoreinrichtung 35 kann vorzugsweise teleskopierbar sein, etwa um die Bohrgestängeelemente 32 in die Lagerbereiche der Revolvermagazine 16 einzusetzen oder diese herauszunehmen. Entlang des Verfahrweges 18 sind die Ausgabepositionen der Revolvermagazine 16 der beiden Lagerbereiche 14, 15 sowie der Bohrantrieb 20 mit der Bohrachse 21 und auch eine Ausleseeinheit 70 zum Auslesen einer Sondeneinheit 60 positioniert. Die Sondeneinheit 60 mit dem Datenspeicher zusammen mit der Ausleseeinheit 70 können in jeder geeigneten Weise ausgebildet sein, um ein effizientes Speichern und Auslesen der erfassten Daten zu ermöglichen. So kann die Sondeneinheit 60 insbesondere einen Transponder aufweisen, durch welchen bei Eingang eines entsprechenden Eingangssignals die Daten an die Ausleseeinheit 70 übertragen werden.
  • Die Ausleseeinheit 70 ist entlang des Verfahrweges 18 der Handhabungseinrichtung 38 zwischen den beiden Lagerbereichen 14, 15 angeordnet. Auf diese Weise kann die Handhabungseinrichtung 38 mit der Manipulatoreinrichtung 35 sowohl einzelne Bohrgestängeelemente 32 zwischen der jeweiligen Abgabeposition des Lagerbereiches 14, 15 und dem Bohrantrieb 20 mit der Bohrachse 21 als auch die Sondeneinheit 60 zwischen der Bohrachse 21 und der Ausleseeinheit 70 bewegen.
  • Eine mögliche Ausgestaltung einer Ausleseeinheit 70 für die erfindungsgemäße Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 ist in den Figuren 8 und 9 verdeutlicht. Entlang einer Linearführung 74, welche an dem Grundrahmen der Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 angebracht ist, kann eine hülsenförmige Dockingstation 72 mittels eines Stellzylinders 76 zwischen einer obenliegenden Rückzugsposition gemäß Fig. 8 in eine untere Ausleseposition gemäß Fig. 9 verfahren werden. Zum Auslesen wird die Sondeneinheit 60 unterhalb der hülsenförmigen Dockingstation 72 in die Rückzugsposition gemäß Fig. 8 bewegt. Durch ein nach-unten-Fahren der hülsenförmigen Dockingstation 72 kann diese über ein zylindrisches Messinterface am oberen Ende der Sondeneinheit 60 verfahren werden, wobei in diesem Zustand vorzugsweise drahtlos Daten ausgelesen werden können.
  • Grundsätzlich können auch eine oder mehrere Steckverbindungen hierdurch zwischen der Dockingstation 72 und der Sondeneinheit 60 hergestellt werden. Die ausgelesenen Daten können über eine Leitung 19 von der Dockingstation 72 zu einer Speichereinrichtung an der Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 und/oder bevorzugt unmittelbar über die Leitung 19 zu einem Versorgungsschiff auf der Gewässeroberfläche weitergeleitet werden.

Claims (15)

  1. Unterwasser-Bohrvorrichtung zum Sondieren eines Gewässerbodens (5), mit
    - einem Grundrahmen (12), welcher zum Absenken in einem Gewässer und zum Aufstellen auf dem Gewässerboden (5) ausgebildet ist,
    - einem Bohrantrieb (20) zum drehenden Antreiben und axialem Vorfahren eines Bohrgestänges (30), welches aus rohrförmigen Bohrgestängeelementen (32) aufbaubar ist, wobei der Bohrantrieb (20) vertikal entlang einer Bohrachse (21) verfahrbar zwischen einer unteren Bohrlochöffnung (18) und einer oberen Rückstellposition gelagert ist,
    - mindestens einem Lagerbereich (14) an dem Grundrahmen (10) zum Lagern der einzelnen Bohrgestängeelemente (32) zum Aufbau des Bohrgestänges (30) und
    - einer Handhabungseinrichtung (38), welche zum Zuführen einzelner Bohrgestängeelemente (32) aus dem mindestens einem Lagerbereich (14,15) zu der Bohrachse (21) zum Bilden des Bohrgestänges (30) ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass eine Sondeneinheit (60) mit einem Sondendorn (64) zum Sondieren des Gewässerbodens (5) vorgesehen ist, welche zum Sondieren an dem Bohrgestänge (30) lösbar angeordnet ist,
    - dass die Sondeneinheit (60) ausgebildet ist, beim Eintreiben in den Boden Bodendaten zu erfassen und in einem internen Datenspeicher zu speichern, und
    - dass am Grundrahmen (12) eine Ausleseeinheit (70) zum Auslesen und Speichern der in dem Datenspeicher der Sondeneinheit (60) gespeicherten Daten angeordnet ist.
  2. Unterwasser-Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass am Grundrahmen (12) eine Hubeinrichtung (40) zum vertikalen Bewegen der Sondeneinheit (60) in dem rohrförmigen Bohrgestänge (30), insbesondere zum Bewegen in eine untere Sondierposition und zum Rückholen in eine obere Entnahmeposition, angeordnet ist.
  3. Unterwasser-Bohrvorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hubeinrichtung (40) ein Hubseil (43) mit einer Verbindungseinrichtung (44) zum lösbaren Verbinden mit einem Verbindungselement (66) am oberen Ende der Sondeneinheit (60) aufweist.
  4. Unterwasser-Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ausleseeinheit (70) zum drahtlosen und/oder kontaktgebundenen Auslesen und Speichern der in dem Datenspeicher der Sondeneinheit (60) gespeicherten Daten ausgebildet ist.
  5. Unterwasser-Bohrvorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass am Grundrahmen (12) eine Manipulatoreinrichtung (35) angeordnet ist, welche zum Greifen der Sondeneinheit (60) und Bewegen zwischen dem Bohrgestänge (30) und der Ausleseeinheit (70) ausgebildet ist.
  6. Unterwasser-Bohrvorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Manipulatoreinrichtung (35) ganz oder teilweise durch die Handhabungseinrichtung (38) gebildet ist.
  7. Unterwasser-Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Lagerbereich (14, 15) ein Revolvermagazin (16) zum Aufnehmen und Lagern der rohrförmigen Bohrgestängeelemente (32) und/oder der Sondeneinheit (60) aufweist.
  8. Unterwasser-Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Unterwasser-Bohrvorrichtung (10) über mindestens eine Leitung (19) mit einem Versorgungsschiff verbunden ist und Daten von der Ausleseeinheit (70) über die Leitung (19) an das Versorgungsschiff übertragbar sind.
  9. Verfahren zum Sondieren eines Gewässerbodens (5),
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass eine Unterwasser-Bohrvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in ein Gewässer abgesenkt und auf dem Gewässerboden (5) aufgestellt wird,
    - dass mit einem Bohrantrieb (20) und einem Bohrgestänge (30), welches aus rohrförmigen Bohrgestängeelementen (32) aufgebaut wird, eine Bohrung erstellt wird,
    - dass vor und/oder nach dem Bohren eine Sondeneinheit (60) mit einem Sondendorn (64) zum Sondieren des Gewässerbodens (5) an einem Bohrgestänge (30) lösbar angeordnet wird,
    - dass die Sondeneinheit (60) in den Boden eingetrieben wird, wobei Bodendaten erfasst und in einem internen Datenspeicher der Sondeneinheit (60) gespeichert werden, und
    - dass die gespeicherten Daten aus dem Datenspeicher der Sondeneinheit (60) über eine Ausleseeinheit (70) am Grundrahmen (12) ausgelesen werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Auslesen der erfassten Daten in dem Datenspeicher die Sondeneinheit (60) zu der Ausleseeinheit (70) am Grundrahmen (12) der Unterwasser-Bohrvorrichtung (10) bewegt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Daten aus dem Datenspeicher an der Ausleseeinheit (70) drahtlos und/oder kontaktgebundenen ausgelesen werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass über eine Leitung (19) oder drahtlos die Daten von der Ausleseeinheit (70) unmittelbar oder nach einer Zwischenspeicherung zu bestimmten Zeitpunkten zu einem Versorgungsschiff übertragen werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem ersten Bohrschritt ein drehendes Bohren zum Bilden einer Bohrung unter Abtrag von Bodenmaterial erfolgt,
    dass anschließend in einem zweiten Sondierschritt die Sondeneinheit (60) in das Bohrgestänge (30) eingesetzt wird, wobei ein Sondieren durch axiales Eintreiben des Sondendorns (64) in den Boden am Bohrlochgrund, vorzugsweise ohne Drehbewegung, durchgeführt wird, und
    dass nötigenfalls der Bohrschritt und der Sondierschritt so oft wiederholt werden, bis der Gewässerboden (5) bis zu einer gewünschten Tiefe sondiert ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem ersten Sondierschritt die Sondeneinheit (60) in das Bohrgestänge (30) eingesetzt wird, wobei ein Sondieren durch axiales Eintreiben des Sondendorns (64) in den Boden am Bohrlochgrund, vorzugsweise ohne Drehbewegung, durchgeführt wird,
    dass anschließend in einem zweiten Bohrschritt ein drehendes Bohren zum Bilden einer Bohrung unter Abtrag von Bodenmaterial erfolgt, und
    dass nötigenfalls der Sondierschritt und der Bohrschritt so oft wiederholt werden, bis der Gewässerboden (5) bis zu einer gewünschten Tiefe sondiert ist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beim Bohren und/oder Sondieren eine Tiefenlage im Boden erfasst wird und
    dass die erfassten Bodendaten zugeordnet zur jeweiligen Tiefenlage gespeichert werden.
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