[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum insbesondere Schachtbohren mit einem
Bohrstrang, der Innenströmungsräume umgrenzende Innenrohre sowie diese unter Ausbildung
von Außenströmungsräumen mit Abstand ummantelnde Außenrohre umfaßt, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
[0002] Vorrichtungen der vorgenannten Art mit einem Bohrstrang aus aneinander zu befestigenden
doppelwandigen Bohrrohren werden beispielsweise zum Schachtbohren eingesetzt, wobei
das doppelwandige Bohrrohr ein Außenrohr sowie ein Innenrohr umfaßt und ein Spülmedium
in aller Regel in dem Ringraum zwischen Innenrohr und Außenrohr zur Bohrlochsohle
gepumpt, am Bohrkopf vorbei über in den vom Innenrohr umgrenzten Innströmungsraum
strömen und durch den Innenströmungsraum das Bohrklein nach Übertage fördern kann.
Sollen bei Bohrsträngen mit derartigen doppelwandigen Bohrrohren im Verlaufe des Bohrvorganges
Informationen erfaßt und zur Umwandlung in Steuersignale an die Erdoberfläche elektrisch
weitergeleitet werden, sind besondere Kabel zur elektrischen Übertragung von Meß-
und Steuersignalen vorzusehen. Derartige Kabel sind jedoch nicht nur außerordentlich
verschleiß- und damit störanfällig insbesondere bei derartigen Doppelwandrohren mit
nur besonderen baulichen Maßnahmen vorzusehen und anzubringen. Dabei ist der Ein-
und Ausbau des Bohrstranges mit den aneinander festzulegenden Innen- und Außenrohren
erheblich erschwert.
[0003] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, mit der in möglichst störunanfälliger Weise elektrische Signale zwischen
Bohrlochsohle und Erdoberfläche übertragen werden können, gleichfalls jedoch auch
der Ein- und Ausbau des Bohrstranges in nicht wesentlichem Maße durch Signalübertragungselemente
beeinträchtigt ist.
[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die Vorrichtung der eingangs genannten Art
durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale aus. Hinsichtlich
weiterer wesentlicher Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Ansprüche 2 bis 13
verwiesen.
[0005] Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglicht in verschleißunanfälliger
Weise die Übermittlung von Meß- und Steuersignalen sowie auch von Energie zwischen
Erdoberfläche bzw. Bohrlochmund und Bohrlochsohle, ohne daß es besonderer störanfälliger
Übertragungskabel bedarf. Die gegeneinander isolierten Innen- und Außenrohre des Rohrstranges
bilden dabei die elektrischen Leiter eines Zweileitersystems, wobei gleichfalls in
Bereichen von Drehdurchführungen, z. B. Drehantrieb, Bohrkopf und dgl. die elektrische
Isolierung in einfacher Weise vorzusehen ist. Die elektrische Isolierung zwischen
Innen- und Außenrohrstrang ist in baulich einfacher Weise durch die elektrisch nicht
leitende Ausbildung der Abstandshalter zu realisieren. Dies kann beispielsweise durch
die Herstellung der Abstandshalter aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material,
beispielsweise Kunststoff und dgl., erfolgen oder durch eine geeignete Beschichtung,
z. B. einer Epoxyharzbeschichtung, eines metallischen Abstandshalterkerns. Ist es
in bestimmten Anwendungsfällen, z. B. aufgrund der Notwendigkeit der Führung eines
Mediums im Außenströmungsraum zwischen Innenmantelfläche des Außenrohres und Außenmantelfläche
des Innenrohres mit elektrischer Leitfähigkeit geboten, sind zwecks Vermeidung von
z. B. Energieverlusten die Innen- und Außenmantelflächen einschließlich der Abstandshalter
mit einem elektrisch nicht leitenden Material zu beschichten.
[0006] In baulich einfacher Weise sind darüber hinaus die miteinander an ihren Enden zu
verbindenden Innenrohre endseitig mit elektrischen Kontakten zu versehen, die eine
funktionssichere automatische elektrische Verbindung beim Befestigen des Bohrstranges
über die Gewinde der Außenrohre sicherstellen. Bevorzugtermaßen finden dabei Kontaktelemente
in Gestalt von elektrisch leitfähigen Wurmfedern oder elektrisch leitfähigen Kontaktfächern
aus z. B. Kupfer bei den Innenrohren Verwendung, die in Außenformausnehmungen der
Innenrohre anzuordnen sind und nach Einführen in die Formausnehmungen über den Formausnehmungsrand
in einem geringfügigen Maße derart überstehen, daß nach Aufsetzen eines entsprechenden
Endes eines Innenrohres auf das zugehörige Ende des benachbarten Innenrohres die Wurmfeder
bzw. das Fächerelement geringfügig zusammengedrückt wird, womit eine sichere Kontaktverbindung
auch im rauhen Alltagsbetrieb einer derartigen Vorrichtung ohne einen Montagemehraufwand
einhergeht. Zur Ein- und Ausleitung von elektrischen Signalen können insbesondere
bei Gegebenheiten, in denen unterschiedliche Geschwindigkeiten zwischen Bohrstrang
und Meßwertgeber bzw. -aufnehmer zu berücksichtigen sind, elektrische, mit dem Innen-
bzw. Außenrohr einenends zu verbindende Kontakteinheiten wie Schleifringübertragungseinheit,
Induktionsspulenübertragungseinheit und dgl. Verwendung finden.
[0007] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung und die nachfolgende
Beschreibung verwiesen. Die Zeichnung zeigt:
- Fig. 1
- in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
nach der Erfindung, und
- Fig. 2
- ein Doppelrohrelement des in Fig. 1 veranschaulichten Bohrstranges.
[0008] Das in der Zeichnung veranschaulichte Ausführungsbeispiel der allgemein mit 1 bezifferten
Bohrvorrichtung ist als Schachtbohrvorrichtung mit einem Bohrmeißel 2 sowie einem
Bohrantrieb 3 ausgebildet.
[0009] Der allgemein mit 4 bezifferte Bohrstrang besteht aus miteinander verschraubten doppelwandigen
Rohren 5. Die Doppelwandrohre 5 haben Außenrohre 6 und Innenrohre 7. Das Innenrohr
umgrenzt einen Innenströmungsraum 8. Das mit Abstand das Innenrohr 7 ummantelnde Außenrohr
6 umgrenzt gemeinsam mit dem Innenrohr einen ringförmigen Außenströmungsraum 9. Das
Innenrohr 7 ist jeweils über Abstandshalter 10 aus einem elektrisch nicht leitfähigen
Material am Außenrohr abgestützt.
[0010] Das Innenrohr 7 trägt an seinem oberen Ende ein durchbohrtes Zentrierstück 11, um
das Innenrohr 7 radial und axial zu haltern. Dieses Zentrierstück 11 bildet gleichfalls
einen nicht leitenden Abstandshalter 10 aus. Zwischen Außenrohr 6 und Zentrierstück
11 befindet sich eine Kunststoffhülse 12, die ein spielfreies Halten des Innenrohres
7 ermöglicht. Am unteren Ende des Innenrohres 7 befindet sich das Muffenelement, das
auf den Zapfen des folgenden Rohres aufgesetzt wird. Am unteren Ende des Innenrohres
7 ist gleichfalls ein Zentrierstück 13 vorgesehen, das ebenfalls aus Kunststoff besteht
und gleichfalls Abstandshalter 10 ausbildet. Zapfen und Muffenteil des Innenrohres
sind zum Außenrohr 6 derart angeordnet, daß die Innenverbindung beim Verschrauben
der Außenrohre 6 automatisch zentriert und damit ohne zusätzliche Hilfsmaßnahmen eingeführt
werden kann. Außerdem liegen dabei die Muffen- und Zapfenelemente in einer zu einer
im Ausführungsbeispiel gewählten Strömungsrichtung 14 eines z. B. Spülmediums günstigen
Anordnung.
[0011] Die Außenrohre 6 und die Innenrohre 7 aus einem metallischen Werkstoff sind als gegeneinander
isolierte elektrische Leiter zur Übertragung von Meß- und Steuersignalen, aber auch
beispielsweise Energie, zwischen Erdoberfläche und Bohrlochsohle während des Bohrbetriebes
ausgebildet. Die Abstandshalter 10 sind nicht elektrisch leitend, so daß die Innenrohre
7 und die Außenrohre 6 als Leiter eines Zweileitersystems Meß- und Steuersignal übermitteln
können.
[0012] Um die Rohre 6 und 7 als elektrische Leiter benutzen zu können, ist an allen Verbindungsstellen
von Innen- und Außenrohren 6, 7 für eine sichere elektrische Verbindung Sorge getragen.
Die Gewindeverbindungen 15 der Außenrohre 6 sind dazu mit einem elektrisch leitenden
Gewindefett versehen. Am oberen Ende des Innenrohres 7 (Fig. 2) ist in der Mantelfläche
eine erste Formausnehmung 16 sowie zweite Formausnehmung 17 vorgesehen. In die Formausnehmung
16 ist eine Wurmfeder 19 einsetzbar, die nach Aufsetzen eines benachbarten Innenrohres
für eine sichere elektrische Verbindung der miteinander verbundenen Innenrohre 7 Sorge
trägt. In der Formausnehmung ist ein O-Ring 18 zur Abdichtung angeordnet.
1. Vorrichtung zum insbesondere Schachtbohren mit einem Bohrstrang, der Innenströmungsräume
(8) umgrenzende Innenrohre (7) sowie diese unter Ausbildung von Außenströmungsräumen
(9) mit Abstand ummantelnde Außenrohre (6) umfaßt, einem Bohrantrieb (3) sowie einem
über den Bohrstrang (4) antreibbaren Bohrwerkzeug (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und die Außenrohre (7, 6) als gegeneinander isolierte elektrische
Leiter zur Übertragung von insbesondere Meß- und Steuersignalen zwischen Erdoberfläche
und Bohrlochsohle während des Bohrbetriebes ausgebildet, über elektrisch nicht leitende
Abstandshalter (10) aneinander abstützbar und jeweils mit elektrisch arbeitenden Meß-
und Steuereinrichtungen verbindbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (10) aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material bestehen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (10) mit einem elektrisch nicht leitfähigen Material beschichtet
sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Innenrohre (7) und Abstandshalter (10) einstückig ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die den Außenströmungsräumen (9) zugewandten Außenmantelflächen der
Innenrohre (7) und die Innenmantelflächen der Außenrohre (6) mit einem elektrisch
nicht leitfähigen Material beschichtet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrohre (6) des Rohrstranges (4) an ihren Verbindungsstellen (15) unter
Zwischenlage eines Kontaktmaterials aneinander festlegbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmaterial ein elektrisch leitendes Gewindefett ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ineinandersteckbare Innenrohre (7) unter Zwischenlage von elektrisch ausgebildeten
Kontaktelementen (19) aneinander festlegbar sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und/oder Außenrohre (7, 6) elektrisch mit einem auf dem Außenrohr
(6) festlegbaren Schleifring (20, 21) verbindbar sind, mit dem ein Kontaktelement
(22) einer Meß- und/oder Steuereinrichtung während der Rotationsbewegung des Bohrstranges
(4) in Kontakt bringbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und/oder Außenrohre (7, 6) elektrisch mit einer Induktionsübertragungseinheit
(23) einer elektrisch arbeitenden Datenverarbeitungseinrichtung verbindbar sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch
leitenden Verbindungsstellen (15, 19) zwischen Innen- und/oder Außenrohren durch eine
Kapselung nach außen hin verschließbar sind.
12. Elektrische Verbindung für aneinander festlegbare Rohre eines Bohrstranges, insbesondere
für Innenrohre (7) eines Bohrstranges (4) einer Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktelement zumindest ein in einer Rohrformausnehmung (17) einführbares
Wurmfederelement (19) aus einem elektrisch leitfähigen Material vorgesehen ist.
13. Elektrische Verbindung für aneinander festlegbare Rohres eines Bohrstranges, inbesondere
für Innenrohre (7) eines Bohrstranges (4) einer Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktelement zumindest ein in eine Rohrformausnehmung (17) einführbares
Fächerelement aus einem elektrisch leitfähigen Material vorgesehen ist.