Bohrwerkzeug

Abstract

 Das Bohrwekzeug umfaßt ein rohrförmiges Außengehäuse (1), das über Anschlußmittel an seinem oberen Ende mit einem Bohrrohrstrang und an seinem unteren Ende mit einer Bohrkrone (2) verbindbar ist, eine Pilotbohreinheit (3), die mittels einer Fangvorrichtung (4) aus dem Außengehäuse (1) aufziehbar und in dieses absetzbar sowie in diesem während des Bohrbetriebs axial verschiebbar ist, und einen bohrspülungsbetriebenen Tieflochmotor (16). Die Pilotbohreinheit (3) ist in Längsführungen (18) relativ zu diesen unverdrehbar, jedoch axial verschiebbar innerhalb des Außengehäuses (1) abgestützt ist, weist vom Druck der Bohrspülung beaufschlagbare Reaktionsflächen (5) zur Erzeugung einer auf die Pilotbohreinheit (3) in Sohlenrichtung wirkenden axialen Vorschubkraft auf und hat einen drehbar vom Tieflochmotor (16) antreibbaren, seinerseits einen Drehbormeißel (10) tragenden Drehkörper. Dabei bildet das Außengehäuse (1) den Stator des als Turbine (16) ausgebildeten Tieflochmotors und ein rohrförmiges, im Außengehäuse (1) drehbar abgestütztes Innengehäuse (17) den Rotor der Turbine (16), und im Innengehäuse (17) sind die die Pilotbohreinheit im Betrieb abstützenden Längsführungen (18) vorgesehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrwerkzeug in einer Ausbildung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Bei einem bekannten Bohrwerkzeug dieser Art (DE-C-­37 01 914), wie es zum Pilotkernen Anwendung findet, ist der Tieflochmotor für den Antrieb des Kernrohrs der Kern­bohreinheit als Moineau-Motor ausgebildet und mitaufzieh­barer Bestandteil der Kernbohreinheit. Dabei ist der Stator des Tieflochmotors in Längsführungen des Außengehäuses unverdrehbar, jedoch axial verschiebbar abgestützt, und das Kernrohr der Kernbohreinheit ist im unteren Endbereich des Stators des Tieflochmotors drehbar gelagert und mit der Abtriebswelle des Tieflochmotors verbunden. Ein ähnliches Bohrwerkzeug veranschaulicht die US-A-­4 518 050, bei der als Tieflochmotor eine Bestandteil der aufziehbaren Kernbohreinheit bildende Turbine vorgesehen ist.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug zu schaffen, dessen Pilotbohreinheit mit besonders hoher Leistung antreibbar ist. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein Bohrwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen wird auf die An­sprüche 2 bis 5 verwiesen.

[0004] Die erfindungsgemäße Gestaltung des Bohrwerkzeugs schafft eine außenordentlich einfache Pilotbohreinheit, die prak­tisch nur aus einem Rohrkörper mit direkt an dessen oberen Ende angebrachter Fangvorrichtung und dem gegebenenfalls im unteren Teil des frei drehbar gelagerten Innenrohrs besteht. Die dem Außengehäuse des Bohrwerkzeugs zugeordnete Turbine kann infolge dieser Zuordnung mit wesentlich größerem Durchmesser ausgeführt und für wesentlich höhere Leistungen und Drehzahlen ausgelegt werden, so daß das Pilotbohrwerkzeug erfindungsgemäßer Ausbildung besonders für Kernbohrarbeiten in Hartgestein geeignet ist.

[0005] Hinsichtlich weiterer Einzelheiten wird auf die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnung verwiesen, in der in einem abgebrochenen, schematischen Querschnitt ein Ausführungsbei­spiel des Gegenstands der Erfindung näher veranschaulicht ist.

[0006] Das dargestellte Bohrwerkzeug umfaßt im einzelnen ein rohr­förmiges Außengehäuse 1, das über Anschlußmittel, insbeson­dere ein Schraubgewinde, an seinem oberen Ende mit einem Bohrrohrstrang verbindbar ist, der in bekannter Weise mittels eines oberirdischen Antriebs, z.B. des Drehtisches eines Bohrturms, antreibbar, statt dessen aber auch still­setz- und in einer vorbestimmten Ausrichtstellung gegen Umdrehungen feststellbar ist.

[0007] An seinem unteren Ende kann das Außengehäuse 1 eine Bohr­krone 2 tragen, die jede bekannte bzw. geeignete Ausbildung haben kann. Diese Bohrkrone 2 kann in besonderen Fällen auch entfallen, nämlich dann, wenn - zum Nachbohren des Bohrlochs von dem Durchmesser einer vorausgebohrten Pilot­bohrung auf Hauptbohrungsdurchmesser - ein besonderes, im Austausch zum Einsatz gelangendes Bohrwerkzeug, z.B. ein Vollbohrwerkzeug, ein Vollbohrwerkzeug mit Vertikal­bohrcharakteristik od.dgl., zum Einsatz gelangt, oder Auf­bohrarbeiten entfallen, wie dies z.B. bei Meeresbodener­kundungen der Fall sein kann.

[0008] Das dargestellte Bohrwerkzeug umfaßt ferner als Pilotbohr­einheit eine Kernbohreinheit 3, die Mittels einer an ihrem oberen Ende angeordneten Fangvorrichtung 4 aus dem Außenge­häuse 1 aufziehbar und in dieses absetzbar sowie in diesem während des Kernbohrbetriebs axial verschiebbar ist.

[0009] Die Kernbohreinheit 3 weist von der Bohrspülung während des Kernbohrbetriebs beaufschlagbare Reaktionsflächen 5 zur Erzeugung einer auf die Kernbohreinheit in Sohlenrich­tung der Bohrung wirkenden axialen Vorschubkraft auf und umfaßt ein Kernrohr 6 sowie ein in einer unteren Erweiterung des Kernrohrs 6 mittels einer Lagervorrichtung 8 um die Längsmittelachse 9 des Bohrwerkzeugs frei drehbar gelagertes Innenrohr 7 für die Aufnahme eines erbohrten Kerns. Das Kernrohr 6 weist an seinem unteren Ende eine eigene Bohr­krone 10 auf und hat einen axialen Strömungskanal 11, der oberhalb der Lagervorrichtung 8 in Verzweigungen 12 übergeht und in einen Strömungsspalt 13 zwischen dem Kernrohr 6 und dem Innenrohr 7 mündet. Am oberen Ende des Kernauf­nahmeraums 14 im Innenrohr 7 ist dieses mit einem Rück­schlagventil 15 versehen, das beim Einfahren der Kernbohr­einheit 3 in ein Bohrloch öffnet und eine aufwärts gerichte­te Durchströmung von im Bohrrohrstrang und im Bohrwerkzeug enthaltener Bohrspülung erlaubt.

[0010] Stattdessen kann die Pilotbohreinheit 3 auch einen als Träger eines Volldrehbohrwerkzeugs ausgebildeten, mit der Fangvorrichtung 4 versehenen Rohrkörper aufweisen, der wahlweise zu einer Kernrohrausführung zum Einsatz kommen kann, z.B. zu abwechselnden Voll- und Kernbohrarbeiten.

[0011] Das Bohrwerkzeug umfaßt ferner einen bohrspülungsbetriebenen Tieflochmotor, der als bohrspülungsbetriebene Turbine 16 ausgebildet ist. Dabei bildet das Außengehäuse 1 den Stator und ein rohrförmiges Innengehäuse 17, das im Außengehäuse 1 drehbar gelagert und dabei axial ortsfest abgestützt ist, den Rotor der Turbine 16. Das den Rotor der Turbine 16 bildende Innengehäuse 17 ist an seiner Innenseite mit axial ausgerichteten Längsführungen 18 versehen, durch die die Kernbohreinheit im Betrieb axial verschiebbar abge­stützt ist. Die Längsführungen 18, die vorzugsweise von einem Vielnutprofil gebildet sind, stehen in Umfangsrichtung in Mitnahmeeingriff mit Keilbereichen 19 am oberen Ende des Kernrohrs 6, so daß bei Betrieb der Turbine 16 diese unmittelbar das Kernrohr 6 antreibt.

[0012] Sowohl bei Ausbildung des Rohrkörpers als Kernrohr, als auch bei Ausbildung als Volldrehbohrmeißel-Träger können in den Rohrkörper unterhalb dessen Eingriffsbereichs 19 mit dem Innengehäuse 17 Verlängerungsrohrkörper eingesetzt werden, um die Pilotbohrstrecke zu vergrößern.

[0013] Infolge der Zuordnung der Turbine 16 zum Außengehäuse 1 kann die Turbine 16 mit relativ großem Durchmesser ausge­führt und dementsprechend für besonders hohe Leistungen und Drehzahlen ausgelegt werden. Während des Betriebs der Turbine 16 für das Pilotbohren mit Hilfe der sich dabei fortschreitend abwärts im Außengehäuse 1 verlagernden Pilot­bohreinheit 3 kann das Außengehäuse 1 stillgesetzt werden oder gleichzeitig eine Eigenumdrehung vermittels des ober­irdischen Antriebs über den Bohrrohrstrang ausführen. Auf diese Weise ist es in dafür geeigneten Formationen möglich, schon kurz nach Beginn eines Pilotkernbohrens und vor dessen Abschluß bereits mit dem Aufbohren des Bohrlochs zu be­ginnen.

[0014] Bei Pilotkernbohrungen wird nach Erbohren eines Kerns die Kernbohreinheit 3 samt im Aufnahmeraum 14 des Innenrohrs 7 befindlichem Kern aufgezogen und nach oberirdischer Entnahme des Kerns wieder eingefahren und in das den Innen­rotor der Turbine 16 bildende Innengehäuse 17 des Bohrwerk­zeugs abgesetzt. Während des Aufzieh- und des Absetzvor­ganges der Kernbohreinheit 3 kann das Aufbohren der Pilot­kernbohrung bis hin zur Sohle der Pilotkernbohrung vorge­nommen werden.

[0015] Aber auch in Fällen, in denen ein Aufbohren von Pilot­bohrungen nicht erforderlich ist, z.B. bei Untersuchungen von Meeresböden, bei denen das Außengehäuse 1 ohne eigene Bohrkrone Verwendung finden und mit seinem unteren Ende auf den Meeresboden aufgesetzt werden kann, ist die Zuord­nung der Turbine zum Außengehäuse 1 aus Leistungsgründen, aber auch aus Gründen eines tiefgelegten Antriebs für die Pilotbohreinheit, gewissermaßen im Sinne eines nahe an die Bohrsohle heranversetzten Drehtisches, von Bedeutung, insbesondere bei größeren Wassertiefen und durch Ver­längerungen gebildete Pilotbohrstränge von erheblicher Länge.

Ansprüche

1. Bohrwerkzeug, mit einem rohrförmigen Außengehäuse (1), das über Anschlußmittel an seinem oberen Ende mit einem Bohrrohrstrang und an seinem unteren Ende mit einer Bohrkrone (2) verbindbar ist, einer Pilotbohreinheit (3), die mittels einer Fangvorrichtung (4) aus dem Außengehäuse (1) aufziehbar und in dieses absetzbar sowie in diesem während des Bohrbetriebs axial verschiebbar ist, und einem bohrspülungsbetriebenen Tieflochmotor (16), wobei die Pilot­bohreinheit (3) in Längsführungen (18) relativ zu diesen unverdrehbar, jedoch axial verschiebbar innerhalb des Außen­gehäuses (1) abgestützt ist, vom Druck der Bohrspülung beaufschlagbare Reaktionsflächen (5) zur Erzeugung einer auf die Pilotbohreinheit (3) in Sohlenrichtung wirkenden axialen Vorschubkraft aufweist und einen drehbar vom Tief­lochmotor (16) antreibbaren, seinerseits einen Drehbohr­meißel (10) tragenden Drehkörper umfaßt, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Außengehäuse (1) den Stator des als Turbine (16) ausgebildeten Tieflochmotors und ein rohr­förmiges, im Außengehäuse (1) drehbar abgestütztes Innenge­häuse (17) den Rotor der Turbine (16) bildet und im Innen­gehäuse (17) die die Pilotbohreinheit im Betrieb abstützen­den Längsführungen (18) vorgesehen sind.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (6) eine über die Höhe der Pilotbohrein­heit (3) durchgehende, starre, am oberen Ende direkt mit der Fangvorrichtung (4) versehene Ausbildung aufweist.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Pilotbohreinheit (3) als Kernbohreinheit ausgeführt ist, bei der der Rohrkörper ein Kernrohr (6) bildet, in dem ein darin frei drehbar gelagertes Innenrohr (7) für die Aufnahme eines erbohrten Kerns vorgesehen ist, und an seinem unteren Ende eine Bohrkrone trägt.

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Rohrkörper (6) an seinem unteren Ende einen Volldrehbohrmeißel trägt.

5. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rohrkörper (6) unterhalb dessen Eingriffsbereichs mit den Längsführungen (18) im Innenge­häuse (17) Verlängerungsrohrkörper einsetzbar sind.

Zeichnung