DE2048519A1 - Em und ausziehbare Bohrvorrichtung - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE

DIPL.-INe.OR.IUR. DIPL-IN(J-. äU.HÖO |v3

VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE

45 Osnabrück , den 1. Oktober 1970

MOSERSTRASSE 2Ο/24 VB/St

Christensen JDiamond Products ^Company 1937 _South Second West Strebet,_ Salt Lake City Utah 84110, U.S.A.

Ein- und ausziehbare Bohrvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Drillbohrer zum Bohren von Bohrlöchern'an Rodenforinationen und betrifft in ob er; on der* einen Drillbohrer mit eine.tn

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BAD ORIGtHAL

Schneid- und Ausrichtmechanismus, der durch einen sich zur Bohranlage bzw. zum Bohrgestell erstreckenden Bohrstrang laufen und in einer Stellung in einer Spindel oder einem Körper an dem unteren Ende des Bohrstranges verriegelt werden kann, wobei die Schneidwerkzeuge aus ihrer verriegelten Stellung zurückziehbar und durch den Bohrstrang zum Bohrgestell hochzieh- bzw. anhebbar sind. Ein Beispiel einer derartigen Bohrvorrichtung ergibt sich aus dem US-Patent 3 437 159.

Die übliche Methode zum Bohren eines Bohrloches besteht darin, c;inen Bohrer an dem unteren Ende eines Bohrgestänges zu befestigen, das Bohrgestänge unter Aufbringung von Bohrgewicht auf den Bohrer zu drehen und Bohrflüssigkeit durch die Bohrleitung zu leiten, um die Schneid-"Späne" von der Bohrsohle zu entfernen und sie nach Oben, um das Bohrgestänge herum, zum oberen Ende des Bohrloches oder des Bohrgestells wegzuspülen. Venn der-Bohror wegen Abnutzung *zw. Abstumpfen oder zur In- j

spektion aus dem .Bohrloch entfernt werden soll, ist es erforderlich, don gesamten Bohrleitungsstrang aus dem Bohrloch hochzufahren und den Bohrer entweder auszutauschen oder ihn wieder in das Bohrloch einzufahren,

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QRH31NÄL

was beträchtliche Zeit in Anspruch nimmt, die mit ~

größerer Tiefe des Bohrloches zunimmt, und mit erheblichen Kosten verbunden ist. Die bekannten Vorrichtungen zum Bewegen der Scimöideiemente durch den BohrleitU"igsstrang und deren Entfernen aus dem Strang an einem Drahtseil od. dgl. vermeiden zwar die Notwendigkeit eines Hochziehens der Bohrleitung zum Auswechseln oder Prüfen der Bohrer, haben sich jedoch aus verschiedenen Gründen, u. a. wegen der verhältnismäßig kleinen Abmessung; der Schneidwerkzeuge, der Schwierigkeit angemessenen Ausrichtens der Schneidwerkzeuge zum unteren Ende der Bohrleitung, an dem die Schneidwerkzeuge verriegelt werden, des Lösens und des Anhebens der Schneidwerkzeuge beim Herausziehen durch den Bohrstrang zum Bohrgestell und der sich durch die Herstellung der Werkzeuge ergebenden Kosten, als unwirtschaftlich erwiesen.

Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung ist hauptsächlich gekennzeichnet durch ein an dem Bohrstrang befestigbarec Außenrohr, das eine Antriebsspindel aufweist, gekennzeichnet ferne? durch eine aus einer Mehrzahl von herausdrückbaren und einziehbaren Schneidwerkzeugen bestehende Schneideinrichtung, einen diese te'leskcpartig haltenden Träger, miteinander in Eingriff komn.snde Kupplungsglieder an der Spindel und an den Schneidwerkzeugen zum ι

Befestigen letzterer an der Spindel in herausgedrückter Stellung; sowie miteinander in Eingriff kommende Ausrichtteile an der Schneideinrichtung und dem Außenrohr zum Ausrichten der Schneid-| werkzeuge für ein gleichzeitiges seitliches Herausdrücken in mit ι r.er Spindel gekuppelten Zustand, wobei der Träper nach unten zur; Schneideinrichtung in eine Stellung bewegbar irjt, in dor die I

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Schneidwerkzeuge in dem nach außen herausgedrückten und mit der Spindel gekuppelten Zustand gehalten sind.

Die Erfindung sieht somit einen verbesserten Drillbohrer vor, bei dem die Schneidwerkzeuge durch einen Bohrleitungsstrang eingefahren und an einem entsprochenden Antriebsteil, der an dem unteren Ende des Bohrstranges befestigt ist, verriegelt und auch für ein Hochziehen zum Bohrgestell von dem Antriebsteil gelöst werden können, und bei dem der Mechanismus hierfür einfacher als bisher und leicht auf Gegenschlitze in dem Antrieb ausrichtbar ist, in die sich die Schneidwerkzeuge hineindrücken müssen und in denen sie in ihrem nach außen gedrückten Zustand sowohl in sicherem Drehmoment als auch in festem Bohrgewichtübertragungsverhältnis mit dem Antriebsteil verriegelt sind. Die Schneidwerkzeuge, die den Bohrstrang beim Anheben oder Absenken j durchlaufen können, haben verhältnismäßig große Schneidflächen und dadurch eine längere effektive Schneiddauer. Der Mechanismus ist im ganzen von starker und robuster Konstruktion. Die Schneidwerkzeuge werden durch ein Tragrohr oder eine ähnliche Einrichtung durch den Bohrstrang befördert, wobei das Tragrohr eben-

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falls dazu dient, die Schneidwerkzeuge in nach außen gedrücktem!

i Zustand fest mit dem Antrieb zu verriegeln, und außerdem ein ge-t

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eignetes inneres Kernrohr tragen kann für den Fall, daß die j Schneidwerkzeuge einen Kern in der Bohrlochformation schneiden sollen, der zu&f.mmen mit den Schneidwerkzeugen durch den Bohrstrang zum Bohrturm hochgezogen werden kann.

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Weitere Merkmale, Vorteile und Verwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbei-&piele des Gegenstandes der Erfindung näher veranschaulicht sind In der Zeichnung zeigen:

Fig. la bis Id einen vollständigen Längsschnitt, teilweise

auch in Ansicht, durch einen Bohrstrang, eine Antriebsspindel und eine einziehbare Bohrvorrichtung, bei dem sich bestimmte Bohrteile in einer Stellung befinden, in der die Vorrichtung den Bohrstrang durchlaufen kann, wobei Fig. Ib, Ic und Id untere Fortsetzungen der Fig. la, Ib bzw. Ic sind;

Fig. 2a bis ?.d den Fig. la bis Id entsprechende Ansichten,

in denen der Bohrteil der Vorrichtung in seiner im Bohrzustand verriegelten Stellung ^argestellt ist, wobei Fig. 2b, 2c und 2d untere Fortsetzungen der Fig. 2a, 2b bzw. 2c sind;

Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie 3-3 in Fig. Id;

Fig. Ι einen Querschnitt nach Linie 'J-4 in Fig. 2d;

Fig. 5 eine Untoransicht zu Fig. Id;

Fig. 6 eine Unteransicht zu Fig. 2d;

Fig. 7 eine ochomatioche·Ansicht einer Nockenbuchse

und von mit dieser aus einem Stück bestehenin den Tragstangen, dargestellt/Abwicklung in

einer Ebene;

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BAD ORIGtNAk

Ao :./Ί

Pig. 8

Pig. 9

Pig. 10

Pig. 11

Pig. 12

Pig..13 Fig. 14 Pig. 15

eine schematische Ansicht einer Antriebsspindel, dargestellt in Aowicklung in einer Ebene; einen vergrößerten Teillängsschnitt mit dem Einlauf -Verhältnis von Leit-Bohreinsatz und Tragstange, wenn beide sich bei eingefahrener Bohrvorrichtung in der in Pig. Id dargestellten Stellung befinden;

einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform einer einziehbaren Bohrvorrichtung mit zugehöriger Antriebsspindel in einer Stellung in der die Bohrvorrichtung in dem Bohrstrang angehoben oder hochgezogen werden kann; eine der Fig. 10 ähnliche Darstellung, in der sich die Bohrvorrichtung in Bezug auf die An- ■ triebsspindel in verriegeltem Bohrzustand befindet;

eiie Seitenansicht des unteren Teils der in Fig. 11 dargestellten Vorrichtung; eine Unteransicht zu Fig. 10; eine Unteransicht zu Fig. 11;

einen Längsschnitt durch die Antriebsspindel der abgewandelten Vorrichtung.

A fit

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" ORtQiNAl fNSPECTED

Die in Fig. 1 uis 9 dargestellte Vorrichtung weist einen einziehbaren PrilIböhrereinsatζ A auf, der durch einen, sich zu einem (nicht dargestellten) Bohrgestell erstreckenden rohrförmigen Bohrstrang B angehoben und abgesenkt werden kann, durch den bei Aufbringung von Bohrgewicht ein Drehmoment durch die Vorrichtung übertragen wird. Der untere Ansatz 10 des rohrförmigen Bohrstranges B ist mit einem Riegel-Kupplungszwischenteil 11 fest verschraubt, die ihrerseits durch Verschrauben an einem Außenrohr 12 von erforderlicher Länge befestigt ist, dessen unteres Ende auf ein Zwischenstück 13 aufgeschraubt ist, dar. seinerseits mit dem oberen Teil einer Antriebsspindel oder eines -körpers lh verschraubt ist, die bzw. der eine Mehrzahl von über seinem Umfang im Abstand zueinander angeordneten Schlitzen 15 aufweist, die am unteren Ende 16 des Antriebskörpers 14 offen sind. Jeder Schlitz 15 ist durch seitliche, nach außen sich verjüngende oder konvergierende Seitenwände 15 (Fig. 6) und durch eine obere Fläche 17 begrenzt, die nach unton und außen hin schräg geneigt ist (Fig. Id, 2d).

Der ,Drillbohrereinsatz A wird durch den Bohrstrang angeheben und zur Verriegelung bzw. Kupplung mit dem Antriebsdorn 14 abgesenkt mittels eines Tragrohres 18, das aus einer erforderlichen Anzahl von miteinander verschraubten Rohrabschnitten j besteht; das unter«=? Ende des Tragrohres 18 ist mit einem End-- ι teil oder Bohreinsatz 19 verschraubt, der über seinen Umfang

im Abstand zueinander angeordnete, sich seitlich erstreckende :

ι Antriobskeile ?0 aufweist, die jeweils in Längsschlitzen 21 j

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einer flacher. Tragstange 22 gleiten, welche von einer oberen Ausricht-Nockenbuchse 23 herabhängen und mit dieser au? einem Stück be-stehen. Die Nockenbuchse 23 ist mit nach unten konvergierenden, V-förmigen Nocken 2h versehen, die abgeschrägte Nockenflächen 25 aufweisen zum Zusammenwirken mit entsprechenden Nockenflächen 27 an sich symmetrisch nach oben, erstreckenden, axialen Nockenzähnen 26, die sich an dem oberen Ende der Antriebsspindel I¹J befinden.

Das untere Ende 28 jeder Tragstange 22 ist eingepaßt in eine innere Ausnehmung 29 eines Pohrfutters oder Schneidverkzeugs 30 und hiermit in geeigneter Weise, fest verbunden, z.B. durch Schweißen oder Hartlöten. Das Bohrfutter oder Schneidsegment ist sowohl an seiner äußeren Fr'eischneidflache 32 als auch an seiner nach unten und-innen abgeschrägten Fläche 33 und ebenso an seiner Stirnfläche 34 mit eingelassenen Diamant-Schneidelementen 31 zum Schneiden des Bohrloches versehen. Das obere Ende 35 eines jeden Bohrfutters ist in Richtung nach unten und außen abgeschrägt, derart, daß es an die Abschrägung des oberen Endes.

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17 des Schlitzes 15 angepaßt ist,'in den es hineinbewe^oar ist I und mit dem es in Eingriff kommen kann. Ferner ist jedes Bohr- j futter mit einem sich nach innen erstreckenden Fuß 36 versehen, . der mit dem unteren Ende 37 des Endteils oder Leit-Bohr—-ein- j satzes\ 19 in Eingriff kommen kann. Die Seiten 38 jedes Fußes 36 |

sind abgeschrägt, um mit den abgeschrägten Seiten 16 der Schlitze 15 in Eingriff zu kommen und mit diesen übereinzu- j

stimmen, wenn sie voll in die-je hineingerirückt sind. j

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Die Antriebskeile 20 sind nach oben entlang den Tragstangen-Schlitzen 21 zu dem oberen Teil der Ausricht-Nockenbuchce 24 verschiebbar. Die Tragstangen bestehen, wie vorstehend beschrieben," aus einem Stück mit dor Ausricht-Nockenbuchse und sind seitlich zu dieser biegbar, und zwar durch das Vorsehen von Schlitzen 39 an jeder Seite des oberen Teils einer jeden Stange, welche die Stange von dem Hauptteil der Buchse selbst (Fig. 7) trennen. Jede· Stange ist mit einem in geeigneter Weise daran angebrachten äußeren Nockenzalin 40 versehen, der Nockenflächen 41 hat, die Fortsetzungen der Ausricht-Nockenbuchsenflachen 25 bilden. Jede Tragstange ist außerdem mit einer seitlichen, nach innen gerichteten Anschlagschulter 42 versehen, die mit einer nach unten gerichteten Gegenachulter 43 an dem Leit-Bohreinsatz oder Endteil 19 in Eingriff kommt, wenn die Vorrichtung, wie nachstehend beschrieben, durch den Bohrstrang B und in dem Außenrohr 11, 12, 13 der Bohrvorrichtung abgesenkt wird (Fig. Id, 2d, 7, 9).

Das obere Ende des Tragrohres 18 ist mit einem Außengehäuse eines Drehgelenkes 46 in geeigneter Form verschraubt. Wie ersichtlich, umfaßt das Drehgelenk einen nach innen gerichteten Gehäuseflanseh 47,gegen den sich obere und untere Lager 48, abstützen, wobei das untere Lager an einer nach oben gerichteten Schulter 50 an einem Lagerzapfen 51 und das obere Lager an einer Mutter 52 anliegt, die auf das obere Ende des Lagerzapfens 51 aufgeschraubt ist. Ein inneres Kernrohr bzw- Hohl-

toil 53 ist an seinem oberen Ende mit dem Lagerzapfen 51 ver- i - ^ "-^:i 109816/1570

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schraubt und hat die gewünschte Länge zur Aufnahme eines durch die Schneidwerkzeuge 30 erzeugten Kernes, wobei das untere Ende des Kernrohres mit einem Schuh 54 verschraubt ist, der eine innere, abgeschrägte Fläche 55 aufweist, die mit einem geeigneten Kernheber bzw. - greifer 56 zusammenwirkt, um den Kern im inneren Hohlteil bzw. Rohr zu halten bzw, zu fassen. Beim Bilden des Kernes in dem Rohr kann darin vorhandene Flüssigkeit nach oben durch einen Ventilsitz 57 hindurchtreten, der durch einen in eine Nut 59 in dem Lagerzapfen eingepaßten unteren Sprung- bzw. Federring 58 gesichert ist. Ein Kugelventil 60 ist auf dem Ventilsitz in einem Kanal 6l in dem Lagerzapfen angeordnet und durch Flüssigkeit nach oben beweglich, so daß Flüssigkeit durch den Ventilsitz durchtreten und durch eine öffnung 62 in dem Lagerzapfen austreten kann, wohingegen sich das Kugelventil irn Falle eines ".'lussigkeitsruckflusses nach unten bewegt und auf dem Ventilsitz 57 sperrend zur Anlage komrrt.

Das Außengehäuse 45 des Drehgelenks 46 ist mit einem Zwischen- , teil 63 fest verschraubt, das seinerseits in einen Riegelkörper 64 eingeschraubt ist, wobei diese Teile mittels einer Kontermutter 65 fest miteinander verbunden sind, indem letztere auf das Zwischenteil 63 aufgeschraubt ist und gegen das untere Ende des Riegelkörpers 64 anliegt. Der Riegelkörper ist an seinem Umfang mit im Abstand zueinander angeordneten Zentrierflüge In 66 versehen, um den Riegelkörper innerhalb des Zwischenteiles 11 des Außenrohres der Vorrichtung zu zentrieren!

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Dabei weist das Zwischenteil 11 eine Riegelausnehmung 67 an seinem Innenumfang auf, die seitlich verschiebbare Riegel 68 aufnehmen kann, die in einem Querschlitz 69 in dem Riegelkörper verschiebbar sind. Die Riegel werden durch spiralförmige Druckfedern 70 nach außen gedrückt, die zwischen den entgegengesetzt gerichteten Riegeln 68 wirken, um diese in der Riegelausnehmung 67 zum Einschnappen zu bringen, wenn sie hiermit fluchten.

Das Zurückziehen der Riegel 68 aus der Ausnehmung 67 wird durch die Aufwärtsbewegung einer Rückzugstange 71 ermöglicht, die in Längsrichtung in dem Riegelkörper 6*1 verschiebbar ist und Rückziehstifte 72 trägt, die in Schlitzen 73 in den Riegeln angeordnet sind und mit abgeschrägten ¹^ockenflachen 7^ in Eingriff kommen können, die jeweils eine Seite eines jeden Schlitzes 73 bilden. Die Rückzugstange 71 wird zum Zurückziehen der Riegel aus der Riegelausnehmung 67 nach oben bewegt, indem ein (nicht dargestellter) geeigneter Überwurf mit einem Rückzugkopf 75 in Eingriff kommt, der durch eine Schraubverbindung 76 od. dgl. an der Rückzugstange befestigt ist. Der Riegelmechanismus als solcher ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Ein ähnlicher: Einziehmechanismus ist in dem oben erwähnten US-Patent 3 **37 15s! dargestellt und beschrieben.

Die Antriebsspindel oder der -körper lH ict mit in Längsrichtung;

i verlaufenden inneren Nuten 77 versehen, die sich durch sein !

oberes Ende öffnen und nach unten in seinen Schlitzen 15 aus- j

laufen, wobei jode Nute die gleiche .Mittellinie hat wie der ■

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V-förmige Raum, der von den Antriebsspindel-Nockenzähnen 26 und den Schlitzen 15 (Fig. 8) gebildet wird. Andererseits fluchtec die Fittellinip,der Tragstangen 22 mit derjenigen der V-förmigen Nockenzähne 40, 24, die an der Ausricht-Nockenbuohse 23 befestigt sind und mit dieser aus einem Stück besteheu; außerdem ist die Mittellinie der Tragstangen 22 zentrisch in Bezug auf die Bohrfutter 30 (Fig. Id u. 7). Angenommen, uie Ausricht-Nockenbuchse 23 mit an den Tragstangen 22 befestigten Bohrfuttern 30 steht mit ihren Zähnen 40, 24 voll mit den Nockenzähnen 26 der Antriebsspindel in Eingriff, so fluchten die Stangen 22 mit den Läng*snuten 77 und die Bohrfutter 30 sind auf die Schlitze 15 ausgerichtet, wodurch ein Auslehnen der Tragstangen 22 in die Längsnuten 77 und der Bohrfutter 30 in die Schlitze 15 ermöglicht wird.

Es sei angenommen, daß im Betrieb der in Fig. 1 bis 9 dargestell; ten Vorrichtung der Bohrstrang B mit dem Außenrohr 11, 12, und der daran befestigten Antriebsspindel 14 derart in einem Bohrloch angeordnet ist, daß sich das untere Ende der Antriebsspindel in geringem Abstand über dam Boden des Bohrloch°s befindet. Der Bohrmechanismus A mit den Bohrfuttern oder Schneidwerkzeugen 30 in eingezogener Stellung una in dem in Fig. la j bis Id und 9 dargestellten Verhältnis wird alsdann mittels einefi geeigneten,an dem Kopf 75 befestigten übei-wurfs durch den Bohrstrang abgesenkt, wobei die Bohrfutter 30 innen liegen, Wie i dies durch die Abbiegung der Tragstangen 22 nach innen ermög- .! licht wird, welche die daran befestigten Nockenaähne 40 in ' einer seitlich nach innen gerichteten Stellung halten. Während '■

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einer derartigen Absenkbewegung der Bohrvorrichtung bringt die seitlich nach innen gerichtete Stellung der Tragstangen 22 deren Schulten 42 unter die nach unten weisende Gegenschulter 43 an dem Leit-Bohr—einsatz oder -stützteil 19, wobei die Koile 20, wie in Fig. Id dargestellt, in dem oberen Teil der Schlitze 21 liegen. So'nit wird das Gewicht der Vorrichtung oberhalb des Leit-Bohr—einsatzes 19 über dessen Schulter 43 auf die Tragstangen 22 übertragen und drückt diese und die Bohrfutter 30 nacl; unten durch den Bohrstrang.

Bei Erreichen der Antriebsspindel 14 bewegen sich die Bohrfutter 30 in diese hinein und die Nbckenzähne 40 an den Tragstangen und die Nockenzähne 24 an der Ausricht-Nockenbuchse 23 kommen alsaann mit Gegennockenzähnen 26 an der Antriebsspindel in Eingriff, um ε-owohl die Nockenbuchse 23, die Tragstangen 22 und die Bohrfutter 30 als auch das durch die Keile 20 drehbar daran befestigte Tragrohr 18 in eine Stellung zu drehen, in der die Tragstangen 22 den Längr.nuten 77 und die Bohrfutter 30 den Schlitzen 15 gegenüberliegen, während gleichzeitig sich die Nockenz.'ihne 40, die an den äußeren Flächen der Tragstangen 22 befestigt sind, einer nach unten und außen abgeschrägten Innenwand 80 des Zwischenteils 13 gegenüber befinden, das so eine Ausnehmung bildet, in die sich die Nockenzähne 40 ausdehnen ■können, wodurch sich die Tragstangen 22 voll in die Längsnuten 77 und die Bohrfutter 30 voll in die Antriebsspindel-Schlitze ausdehnen können. Das Ausdehnen der Nockenzähne 40 nach außen in den atu;p.orspavfcen Bereich don Zwischenteils 13 zieht die Trag-

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stangenschultcrn 42 unter der Schulter 43 des Leit-Bohreinsatzes hinweg, wodurch das Tragrohr 18, das in diesem befindliche Kernrohr 53 und der darüberliegende Sperrmechanismus 63 bis 75 sich nach unten bewegen können, indem die Keile 20 in den Schlitzen entlanggleiten, bis der Leit-Bohreinsatz 19 seine unterste Stellung einnimmt, in der sein Ende 37 mit den abgeschrägten inneren Flächen 81 der Bohrfutter und der abgeschrägten Anschlagschulter 82 an der Antriebsspindel 14 zur Anlage kommt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die äußere Längsfläche 83 des Leitj Bohreinsatzes hinter den inneren Längsflächen 84 der Stangen und halten die Bohrfutter 30 in inniger Anlage an der Antriebsspindel 14, wobei die oberen Flächen 35 der Bohrfutter an den abgeschrägten Flächen 17 der Antriebsspindel anliegen und die abgeschrägten Seiten 38 der Bohrfutter sich eng an die abger schrägten Gegenseiten l6 der Schlitze 15 anschmiegen. Zu diesem Zeitpunkt liegen die Freischneidflächen 32 der Bohrfutter seitlich außerhalb der Peripherie der Antriebsspindel 14, während die Drillflächen 33, 34 der Bohrfutter unterhalb des unteren Endes 16 der Antriebsspindel und auch seitlich außerhalb der abgeschrägten unteren Fläche 16¹ der Antriebsspindel liegen (Fig. 2d, 6).

Die Antriebsspindel 14 und die Bohrfutter 30 bilden eine Eintrittsöffnung 85, in die ein von den Schneidwerkzeugen 30 gebildeter Kern sich nach oben in das Kernrohr 53 hineinbewegen kann. Dabei ist. jedoch das Abstütz- bzw. Leitüäl 1? als Bohre:insatz ausgebildet, um den Durchmesser des durch die Bohrfutter

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gebildeten Kerns zum Eintritt in das Kernrohr zu verringern. Zu diesem Zweck ist der Leit-Bohreinsatü sowohl an seiner inneren Preischneidflache 86 als auch an seiner Stirnfläche 87 mit Diamant schneidelementen 31-i versehen, um einen S ohne id Vorgang in der Formation auszuführen.

Wenn das Tragrohr 18, wie in Fig. 2a bis 2d dargestellt, seine unterste Stellung innerhalb des Außenrohres erreicht hat, sind die Riegel 68 auf die Ausnehmungen 67 in dem Zwischenteil 11 ausgerichtet, wobei die Federn 70 die Riegel nach außen drücken und dadurch die Teile in ihrer in Fig. 2a bis 2d dargestellten gegenseitigen Stellung halten.

Der Bohrstrang B wird in der gewünschten Geschwindigkeit gedreht und es wird ein derartiges Bohrp.ewicht auf den am Bohrstrang befestigten Bohrteil der Vorrichtung aufgebracht, daß sowohl de Bohrfutter oder Schneidwerkzeuge 30 als auch der Leit-Bohreinsatz 19 in die Bodenformation eindringen. Während dieses Vorganges wird Bohrflüssigkeit durch den Bohrstrang nach unten geleitet, wobei sie außen um den Riegelkörper 6*1 herum und durch den ringförmigen Raum 88 zwischen dem Trdgrohr 18 und dem Außenmantel 11, 12 zu dom unteren Teil des Tragrohres läuft, wo sie nach innen durch eine oder mehrere Ableitöffnungen oder Durch-

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lasse 89 in den ringförmigen Raum 90 zwischen dem Tragrohr und dem inneren Kernrohr 53 hineinfließen kann, durch diesen Raum und die zwischen dem Leit-Bohreinsatz 19 und dem Schuh 5^ (Fig. Id, 3 u. H) gebildeten Räume 91 und alsdann in die Ein-

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trittsöffnung des Leit-Bohreinsatzes fließt und sowohl die Schneid-"Späne" von der Bohrsohl*» entfernt als auch den Leit-Bohreinsatz 19 und die Bohrfutter 30 reinigt und die Schneid-"Späne" seitlich nach außen spült, um sie außen um das Außenrohr 1*1, 13, 12, 11 und den Bohrstrang B herum zum Bohrgestel? zu befördern.

Während des Bohrvorganges wird das Bohrgewicht direkt von der Antriebsspindel I¹J durch die Schultern 17 auf die Bohrfutter 30 aufgebracht, während das Drillmoment direkt von den Seiten 16 der Antriebsspindel-Schlitze 15 auf die Bohrfutter 30 übertragen wird. Infolge des Vorhandenseins des Drehgelenks 46 rotieren sämtliche Teile mit Ausnahme des inneren Kernrohres 53 und seiner zugehörigen Teile, wobei sich der Kern entsprechend dem fortschreitenden Schneiden des ringförmigen Teils des Bohrloches nach oben in das Kernrohr 53 hineinbewegt.

Bei gewünschtem Entfernen des Kernes wird ein geeigneter Überwurf an einem Drahtseil durch den Bohrstrang B herabgelassen und mit dem Kopf 75 gekuppelt. Das Drahtseil wird alsdann hoch-;

gesogen, wodurch die Rückzugstange 71 angehoben vird und die j Rückziehst!fte 7Z veranlaßt werden, mit den geneigten Nockenflächen 7h in Eingriff zu kommen und die Riegel 68 seitlich | nach innen aus der Ausnehmung 67 herauszuziehen, woraufhin das j

Hochziehen des Drahtseiles fortgesetzt wird. Ein derartiges J

Hochziehen hebt das Tragrohr 18 und das Kernrohr 53 nach oben ₍

und veranlaßt den Kerr.greifer 56, mit dem Kern in Eingriff zu :

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kommen und diesen vom Boden der Bohrung abzubrechen. Das Hochfördern des Tragrohres 18 bewegt den Leit-Bohreinsatz 19 nach oben aus seiner Stellung hinter den Bohrfuttern oder Schneidwerkzeugen 30, wobei die Keile 20 in den Schlitzen 21 nach oben gleiten, bis sie die oberen Enden 21a der Schlitze 21 erreichen, woraufhin sie die Ausricht-Nockenbucnse 23 und die Tragstangen 22 anheben und das Hochziehen letzterer auf die Bohrfutter 30 übertragen wird, die, ermöglicht durch die Flexibilität der Tragstangen 22, von den schrägen Schultern 17, 35 einwärts bewegt werden, worauf die Teile sich alsdann in einem Zustand zum völligen Herausziehen aus der Antriebsspindel 14, dem Außenzylinder 11, 12, 13 und dem Bohrstrang B ?ur Bohrlochoberfläche hin befinden. Während dieser Aufwärtsbewegung hat sich der Kerngreifer 56 entsprechend nach unten gegen die abgeschrägte Fläche 55 des Schuhs 5^ bewegt und sich nach innan zu festem Eingriff mit dem Kern verkeilt, um de&sen Herausfallen aus dem Kernrohr 53 zu verhindern.

An dem Bohrgestell können der Kern entfernt und die Einzelteile der Vorrichtung geprüft werden. Sofern keine Abnutzung erfolgt ist, kann dieselbe Vorrichtung einschließlich der Bohrfutter 30| und des Bohreinsatzes 19 alsdann wieder durch den Bohrstrang B heruntergelassen und der vorbenchriebene Arbeitszyklus wiederholt werden.

Die in den Fig. 10 bis 15 dargestellte Ausführung3form der Erfindung entspricht im wesentlichen der vorstehend besohriebo-i

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nen. Es wurden jedoch Abwandlungen an den Spindel-Nocken ?6a und den Bohrfuttern bzw. Schneidwerkzeugen 30a vorgenommen, indem deren Umfang und seitliche Abmessung vergrößert wurde, um einen wesentlich größeren Schneidbereich zum Einwirken auf die Bodenfermation zu schaffen und außerdem die Notwendigkeit zu vermeiden, daß ein Leit-Bohreinsatz den inneren Teil der Formation innerhalb der Bohrfutter schneidet, wie dies bei der anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform der Fall ist. Außerdem ist anstelle eines Leit-Bohreinsatzes ein Antriebs- und Stützfuß 19a vorgesehen, der die Antriebskeile 20a aufweist, die in den Längsschlitzen 21 der Tragstangen 22 und der Ausricht-Nockenbuchse 23 gleiten. Die Schlitze 15a der Spindel l*Ja sind breiter als bei der anderen Ausführungsform der Erfindung, indem sie einen unteren Bereich 15b mit Seiten 16a, l6b aufweisen, die zueinander seitlich nach außen abgeschrägt sind, wobei die dazwischen liegenden Schenkel 100 die Spindel-Schlitze 15a begrenzen. Jeder Schenkel hat eine vovdere Antriebsfläche 16b, die zur Drehmomentübertragung mit einer Gegenfläche 38a eines Bohrfutters in Eingriff kommen kann, und ist weiterhin mit einem unteren Rückenteil l6a versehen, der im Abstand zu dem oberen, abgeschrägten Ende 17 des Schlitzes angeordnet ist und der mit der unteren Vorderseite 38b des Bohrfutters in Eingriff kommen kann, wobei das Bohrfutter mit einem oberen Vorderbereich 30c

versehen ist, der den Endteil 100a des Schenkels überlappt und in eine obere Verlängerung 15c des Schlitzes hineinpaßt. Jeder? Bohrfutter 30a ist in seiner Form dem Schlitz 15a angepaßt und v/eiut eine Stirnfläche 105 auf, die in eine nach oben schriiy-

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verlaufende Fläche 106 übergeht, welche ihrerseits in eine Frei sehne idf lache 107 des Bohrfutters übergeht, wobei die Freischneid fläche sich von der Antriebs- bzw. Voröerfläche 1.6b des Schlitze 15a zu dem entgegengesetzten Ende des versetzten Schlitzbereiches 15c erstreckt. Wenn sich die Schneidwerk-zeuge 30a in de Spindel-Schlitzen 15a befinden, erstrecken sich In Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete herabhängende Ansätze 108 an dem Tragrohr-Fuß 19a zwischen den unteren Bereichen der Bohrfutter 30a, wobei die unteren Enden der Ansätze oberhalb der Stirnflächen 105 der Bohrfutter liegen. Die Bohrfutter sind weiterhin mit inneren Schneidflächen 110 versehen, die sich radial nach innen über die inneren Flächen der Ansätze 108 und der Eintrittsöffnung 111 des Antriebsfußes erstrecken und so den äußeren Durchmesser des erzeugten Kernes zu bestimmen. Die . Flächen 105, 106, 107,110 eines jeden Bohi-futters sind mit eingelegten Diamantschneidelementen 31 versehen.

Die unteren Enden 28 der Tragstangen 22 sind an den Innenbereichen der Bohrfutter 30a in gleicher Weise befestigt, wie in Falle der anderen Ausfilhrungsform der Erfindung, wobei die Ausricht-Nockenbuchse 23 und die Nockenzähne k0 an den Tragstangen 22 denjenigen der anderen Ausführungsform gleich sind und mit den Spindel-Nockenflächen 27 in gleicher Vfeise zusammenarbeiten können, um die Tragstangen 22 und die Bohrfutter 30a auf die Spindel-Nuten 77 und die Spindel-Schlitze 15a auszurich-

ten. Wenn die Nockenzähne 26a, ^J10, 2k voll in Eingriff stehen, j

werden das Tra^ronr 18 und sein Antriebr,fuß lpa zusammen mit demj

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inneren Kernrohr 53 mit dem darüber befindlichen Mechanismus abgesenkt, um das Tragrohr und seinen Antriebsfuß 19a in ihre untersts Stellung (Fig. 11) zu bringen, in der sich der Antriebsfuß 19a hinter den Bohrfuttern oder Schneidwerkzeugen 30a befindet und seine Ansätze 108 zwischen den unteren Bereichen der Bohrfutter oder Schneidwerkzeuge angeordnet sind. Der Antriebsfuß 19a weist eine Stirnschlter 115 zwischen seinen Ansätzen 108 auf, die an nach oben gerichteten Querflächen 116 an den Schneidwerk-zeugen zur Anlage kommt und dadurch die Bohrfutter 30a in ihrer nach außen he raisge drückt en Stellung fest j verriegelt, in welcher ihre oberen abgeschrägten Endflächen 35 an den oberen abgeschrägten Endflächen 17 der Spindel-Schlitze 15a anliegen und in der die Rückseite eines jeden Bohrfutters mit der Seite l6b seines Gegenschlitses zur Anlage kommt, wobei die versetzten Bereiche 30c der Bohrfutter innerhalb der versetzten Bereiche 15c der Schlitze angeordnet sind. Die untere Vorderseite 38b eines jeden Bohrfutters steht in Anlage mit dem entgegengesetzten Ende l6a 'les zugehörigen Schlitzes und legt außerdem dicht neben einem Antriebsanyatz 108 (Fig. 13, I¹*). Zu diesem Zeitpunkt liegen die unteren Bohrflächen 105 der Bohrfutter unterhalb des unteren Endes der Spindel l^Jla und der Antriebsansätze 103, während die abgeschrägten Flächen 106 der Bohrfutter und deren Schneidflächen 107 außerhalb der entsprechenden Flächen der Antriebsspindel 15a liegen.

Bei gewünschtem Anheben bzw. Zurückziehen der Vorrichtung aus > der Antriebs-SpinnC'l 1^a und dem Außenrohr 11, 12, 13 wird der

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Kopf 75 j eberso wie bei der anderen Ausführungsform der Erfindung, durch einen mit einem Drahtseil verbundenen Überwurf- bzw. Gestänge-keilfänger hochgezogen, um die Riegel 68 aus ihrer Riege lausnehmung 67 herauszuziehen und das Kernrohr 53 und das Tragrohr 18 anzuheben, bis die Antr.iebskeile 20a mit der Aasricht-Noekenbuchse ?3 am oberen Ende der Schlitze 21 in Eingriff kommen, wobei der Antriebsfuß 19a ebenfalls von den Bohrfutter^ 30a angehoben worden ist. Die Aufwärtsbewegung de3 Tragrohrbzw. Antriebsfußes 19a bewirkt alsdann ein liochzäien der Noekenbuchse 23 und ihrer Arme oder Tragstangen 22, um die Bohrfutter 30a nach oben zu drücken, wobei letztere durch gegenseitigen Eingriff ihrer oberen Schrägflächen 35mit den Schrägflächen 17 der Spindelschlitze nach innen bewegt werden. Infolge der im wesentlichen bogenförmigen Erstreckung der Bohrfutter ^Oa und deren überlappungsverhältnis in eingezogener Stellung (Pig. 12) ist es erforderlich, sie derart zu drehen, daß die entlang der Innenwand der Antriebsspindel l4a gleitenden Bereiche entsprechend mit den Spindelnutrm fluchten. Dementsprechend weist die Spindel einen^weiten Satz geneigter Nockenflächen 120 auf, wie am deutlichsten in Fig. 15 ersichtlich, die sich von der Seite einer Nute 77 in Richtung nach obftii zur Seite einer benachbarten Nute 7! erstrecken. Die Bohrfutter 30a kommen mit denj Flächen 1.20 in Eingriff, welche erstore ausreichend drehen, um ihre äußersten Boreiche zun Fluchten mit üen Spindel-Nuten 77 zu brinf-on, durch die sie passieren und dadurch von der Spindel völlig frei kommen. Das Hochziehen der Vorrichtung kann fort-

gesetzt werden, um durch den Bohrstrang /um fSohrgostoll heraus-

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zuziehen.

Die Bohrfutter bei der in den Fig. 10 bis 15 dargestellten rturführungsform der Erfindung weisen eine größere bogenförmige Erstreckung auf als in der anderen Ausführungsform und bieten eine wesentlich größere Fläche zum Schneiden in der Formation. Wie aus Fig. 1*1 ersichtlich, bestreicht der innere Bereich der Bohrflächen der Bohrfutter insgesamt annähernd 360°, wodurch die Motwendigkeit vermieden wird, einen zusätzlichen inneren Bohreinsatz zum Schneiden des inneren Teils der Formation vorzusehen, wie es bei der anderen Ausführungsform der Erfindung der Fall ist. Außerdem sind sowohl die eigentlichen Bohrflächen J05, 106 der Bohrfutter als auch deren Freischneidflächen 107 gegenüber der anderen Ausführungsform beträchtlich vergrößert worden.

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Claims (1)

1. —■ -4G48S-1-9-

   Patentansprüche:

   1. Ein und ausziehbare Bohlvorrichtung, die in Längsrichtung durch einen in einem Bohrloch eingesetzten rohrförmigen Bohrstrang bewegbar ist, gekennzeichnet durch ein an dem Bohrstrang befestigbares Außenrohr, das eine Antriebsspindel aufweist, gekennzeichnet fe'rner durch eine aus einer Mehrzahl von herausdrückbaren und einziehbaren Schneidwerkzeugen, bestehende Schneideinrichtung, einen diese teleskopartig haltenden Träger, miteinander in Eingriff kommende Kupplungsglieder an der Spindel und an den Schneidwerkzeugen zum Befestigen letzterer an der Spinde? in herausgedrückter Stellung sowie miteinander in Eingriff kommende Ausrichtteile an der Schneideinrichtung und dem Außenrohr zum Ausrichten der Schneidwerkzeuge für ein gleichzeitiges seitliches Herausdrücken in mit der Spindel gekuppelten Zustand, wobei der Träger nach unten zur Schneideinrichtung in eine Stellung bewegbar ist, in der die Schneidwerkzeuge in de^i nach außen herausgedrückten und mit der Spindel gekuppelten Zustand gehalten sind.

   2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die miteinander in Eingriff kornnenden Ausrichtteile auch die j

   ι Absenkbewegung der Schneideinrichtung in dem Außenrohr begren- !

   zen. . !

   3. bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinrichtung e^'ne obere Nockenbuehse

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   SAO ORiGJNAU

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   - 2 Il -

   aufweist, die die Ausrichtteile trägt und an der in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete, seitlich bewegbare Arme befestigt sind und von dieser herabhängen, wobei an den unteren Bereichen der Arme die Schneidwerkzeuge befestigt Find.

   H. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander in Eingriff kommenden Ausrichtteile nicht nur die Absenkbewegung der Schneidwerkzeuge begrenzen, sondern diese auch in ihre Stellung zum seitlichen Herausdrücken und in Kupplungseingriff mit der Spindel bringen.

   5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel Längsnuten aufweist, in den^n sich die Arme mit den Schneidwerkzeugen beim seitlichen Herausdrücken bewegen.

   6. Bohrvorrichtung nach einem eier Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme Längsschlitze aufweisen und der Träger mit Keilen versehen ist, die in den Schlitzen gleiten und .mit dar Nockenbuchse an den oberen Enden der Schlitze in Eingriff ■kommen, um die Schneideinrichtung in dem Außenrohr nach oben durch den Bohrstrang anzuheben.

   7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennaichnet, daß der Träger seitlich irnerhalb der Schneid- j werkzeuge vorsteht, derart, daß er in seiner die Schneidwerkzeuge

   I seitlich nach süßen haltenden Stellung einen Innnnbereich des j

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   Ρ¹™¹"! ..1111111!!IH ■. ι.!'. ■

   Bohrloches ausbohrt.

   8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidwerkzeuge bei in die Spindel eingezogener Stellung in Umfangsrichtung einander überlappen.

   9. Bohrvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete Schlitze aufweist, in die sich die Schneidwerkzeuge ausdehnen können, und daß die miteinander in Eingriff kommenden Ausricttfceile an der Schneideinrichtung und dem Außenrohr die Schneidwerkzeuge auf die Schlitze ausrichten und sie nach außen in diese hineindrücken und mit der Spindel kuppeln, indemdsr Träger nach unten in eine Stellung beweglich ist, in der er sich hinter den Schneidwerkzeugen befindet und diese in den Schlitzen nach außen gedrückt und mit der Spinde} gekuppelt hält.

   10. Bohrvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr Nocken aufweint, mit denen die Schneidwerkzeuge beim Anheben der Schneidoinrichtunp in dem Außenrohr in Eingriff kommen und die die überlappenden Schneidwerkzeuge auf die Lilngsnuten ausrichten, um dar.! Passieren eines Teils dor Schneidwerkzeuge durch die Nuten zu

   ermöglichen. j

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   11. Bohrvorrichtung nach einem o<*er mehreren der vorhergehenden· Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel-Schlitze obere, in Umfangsrichtung vernetzte Beroiche aufweisen und die Schneidwerkzeuge mit versetzten Teilen versehen sind, ' die bündig in die versetzten Bereiche der Schlitze hineinpassen.

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