Bohrgestängemagazin

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Magazin (1) für Bohrgestängeelemente (5), welches das Ansetzen eines Bohrgestängeelementes an ein im Erdreich befindliches Bohrgestänge auf technisch einfache Weise dadurch ermöglicht, daß ein verfahrbares Gestängemagazin in den Bereich der Bohrachse gebracht wird, um ein in einer Übergabe (9,10) befindliches Gestängeelement (5) in der Bohrachse (7) zu positionieren oder ein in der Bohrachse befindliches Gestängeelement in das Magazin aufzunehmen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Bohrgestängemagazin, mit dem sich Gestängeelemente in eine Montage- oder Demontageposition bringen lassen.

[0002] Beim grabenlosen Herstellen unterirdischer Bohrungen verschwindet das Bohrgestänge mit dem Bohrfortschritt zunehmend im Erdreich. Daher ist es erforderlich, entsprechend dem Bohrfortschritt Gestängeelemente mit dem in die Bohrung eintretende Gestänge zu verbinden und so das Bohrgestänge ständig zu verlängern. Dazu werden in der Regel eine Vielzahl von Gestängeelemente im Bereich des Bohrgerätes gelagert.

[0003] Beim Vortrieb wird das in der Bohrachse fixierte Gestänge beispielsweise durch den Drehantrieb einer Lafette ins Erdreich eingebracht. Zur abschnittsweisen Verlängerung des Gestänges wird jeweils ein Gestängeelement zwischen dem hinteren Ende des im Erdreich befindlichen Gestänges und dem Drehantrieb montiert. Daraufhin wird das Gestänge um einen weiteren Abschnitt in das Erdreich eingebracht, bevor das nächste Gestängeelement mit dem aus dem Erdreich herausragende rückwärtigen Ende des Gestänges verbunden wird. Die Montage erfolgt beispielsweise im Gestängeschacht einer Bohrlafette. Dazu muß das Gestängeelement in dem Lafettenschacht positioniert werden.

[0004] Ein ähnlicher Vorgang findet - in umgekehrter Reihenfolge - beim Herausziehen eines Bohrgestänges aus dem Erdreich statt. So wird beispielsweise beim Aufweiten einer Pilotbohrung ein Aufweitkopf durch Zurückziehen des Bohrgestänges durch die Pilotbohrung bewegt. Dabei müssen die Gestängeelemente des mehr und mehr aus dem Erdreich heraustretenden Gestänges gelöst, aus der Bohrachse entfernt und beispielsweise in einem Magazin abgelegt werden. Bekannte Vorrichtungen bedienen sich hierbei der für das Einlegen der Gestängeelemente benutzten Mechanik.

[0005] Zur Erleichterung der Gestängepositionierung sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, bei denen sich in der Regel mehrere Gestängeelemente in einem Magazin befinden. Im Bereich des Magazins befindet sich ein Greifer, mit dessen Hilfe sich ein Gestängeelement aus dem Magazin entnehmen und am hinteren Ende des im Erdreich befindlichen Gestänges ansetzen läßt.

[0006] So beschreibt die deutsche Auslegeschrift 27 21 342 eine Magazinier- und Handhabungsvorrichtung für Bohrgestängeelemente, bei der ein Greifer in einem Magazin befindliche Bohrgestängeelemente mittels eines Armes erfaßt, heraushebt und in die vorgesehene Position bringt.

[0007] Die bekannten Vorrichtungen besitzen eine mehr oder weniger aufwendige Zuführ- und Entnahmemechanik, die die Gestängeelemente entweder mechanisch oder durch das Bedienungspersonal manuell vom Rohrmagazin in die - und aus der - Bohrachse bewegen; sie sind teuer und platzaufwendig. Dies wirkt sich insbesondere bei mobilen Bohrgeräten negativ aus; diese müssen leicht transportierbar, manövrierfähig und möglichst wenig sperrig sein.

[0008] Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Magazin zum Zuführen von Bohrgestängeelemente zu schaffen, welches das Ansetzen eines Bohrgestängeelementes an ein im Erdreich befindliches Bohrgestänge auf technisch einfacher Weise ermöglicht.

[0009] Die Lösung des Problems basiert auf dem Gedanken, die Gestängeelemente in einem Magazin im Bereich der Gestängemontage bzw. - demontage in einer Weise bereitzustellen, die ein besonderes Positionieren des einzelnen Gestängeelements überflüssig macht und dessen Handhabung in wenigen Schritten ohne aufwendige Steuerung erlaubt.

[0010] Im einzelnen wird das Problem durch ein Bohrgestängemagazin mit einem verfahrbaren Gestängefach und einer Gestängeübergabe gelöst. Das Gestängefach kann auf Schienen verfahrbar sein und sich als ganzes in seine Arbeitsstellung im Bereich der Bohrachse verfahren lassen, um ein in der Übergabe befindliches Gestängeelement in die Bohrachse zu bringen bzw. ein in der Bohrachse befindliches Gestängeelement in das Magazin aufzunehmen.

[0011] Das Gestängemagazin kann aus einem die Gestänge aufnehmenden Schacht bestehen und erstreckt sich vorzugsweise parallel zur Bohrachse. Das in der Übergabe befindliche Gestängeelement wird durch verfahrbare Gestängehalter vorzugsweise durch Federelemente in seiner Lage gehalten. Bei der Montage des Gestängeelements wird das Gestängemagazin verfahren, bis sich das in der Übergabe befindliche Gestängeelement in der vorgesehenen Montageposition und damit in der Bohrachse befindet. Alsdann wird das Gestängeelement zwischen dem im Erdreich befindlichen Bohrgestänge und der Antriebswelle einer Bohrlafette fixiert und das Gestängemagazin wieder zurückgefahren, wobei das mit dem Bohrgestänge verbundene Gestängeelement von den Federelementen automatisch freigegeben wird und in der Bohrachse verbleibt.

[0012] Bei der Übernahme eines Gestängeelementes aus der Bohrachse, beispielsweise beim Aufweiten einer Pilotbohrung, wird das Magazin wie bei der Gestängeübergabe in den Bereich der Bohrachse verfahren, so daß das in der Bohrachse befindliche äußerste Gestängeelement gegen die Federelemente gedrückt wird und diese auseinanderbewegt, bis es in die Übergabe zu liegen kommt.

[0013] Vorzugsweise besteht das Gestängemagazin aus einem Karussell, bei dem die Bohrgestängeelemente in radial verlaufenden Fächern liegen. Die Fächer können offen sein, wenn das Karussell von einem Mantel mit einer Übergabeöffnung umgeben ist, vor der sich verfahrbare Gestängehalter befinden. Wenn ein Fach in seine Übergabeposition gedreht ist, befindet sich die Übergabeöffnung in dem Mantel für die im Fach befindlichen Gestängeelemente unmittelbar vor der Fachöffnung. Das Karussell kann sich neben der Bohrlafette befinden und mit einem einfachen Antrieb auf quer zur Bohrachse verlaufenden Schienen zwischen der Übergabeposition und einer Ruheposition verfahrbar sein.

[0014] Eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem schachtartigen, ebenfalls verfahrbaren Gestängefach, das eine Öffnung in der Länge eines Gestängeelements besitzt, aus der die Gestängeelemente in der bereits beschriebenen Weise vom Gestänge selbst herausgenommen werden. Die schmale Öffnung, die nicht viel breiter ist als der Rohrdurchmesser, zwingt die Gestängeelemente, sich einreihig anzuordnen, so daß die Gestängeelemente einzeln hintereinanderliegen. Die Sicherung und die Freigabe der Gestängeelemente geschieht wieder über Federelemente, die durch die vom Gestänge auf das zu handhabende Gestängeelement ausgeübte Kraft überwunden werden, oder durch axial verschiebbare, in die Gestängeelemente eingreifende Sicherungsstifte, die mechanisch verschoben werden.

[0015] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1

die Stirnansicht eines erfindungsgemäßen Gestängemagazins,

Fig. 2

eine Seitenansicht des Gestängemagazins der Fig. 1 mit einer Lafette und

Fig. 3

eine Stirnansicht zu Fig. 2.

[0016] Das Magazin besteht aus einem Karussell 1, das über eine Konsole 2 in zwei Schienen 3 verfahrbar gelagert und mit konzentrisch angeordneten radialen Gestängefächern 4 versehen ist. In den Gestängefächern 4 befinden sich Gestängeelemente 5. Dabei können je nach Umfang des Karussells im Gestängefach 4 mehrere Gestängeelemente 5 hintereinander angeordnet sein. Die Schiene 4 ist auf einer Lafette 6 gelagert und verläuft quer zur Bohrachse, so daß sich durch Querverfahren des Karussells 1 ein in einem Gestängefach 4 außenliegendes Gestängeelement 5 in die Bohrachse 7 bringen läßt.

[0017] Das Karussell 1 ist von einem Mantel 8 mit einem der Länge der Gestängeelemente 5 entsprechenden Übergabeschlitz 9 umgeben. Parallel zur Bohrachse befinden sich vor dem Übergabeschlitz Gestängehalter in Gestalt von einander gegenüberliegenden Federelementen 10 zum Sichern und Freigeben der Gestängeelemente 5. Die Gestängeelemente können auch formschlüssig mittels einander gegenüberliegenden Schiebern oder Fingern oder mittels eines Sicherungsrings (nicht dargestellt), der auf dem Umfang des Karussells 1 angeordnet ist und die Gestängeelemente 5 mechanisch beispielsweise durch Freigabe eines Öffnungsspaltes entläßt, in ihren Fächern 4 gehalten werden.

[0018] Auf der Achse des Karussells 1 ist ein Antriebsritzel 11 angeordnet, welches das Karussell 1 gegen eine Eigendrehung infolge Gewichtsverlagerung sichert und gleichzeitig als Schrittschaltwerk zum schrittweisen Weiterdrehen des Karussells um jeweils einen Fachabstand dient; dies geschieht mit Hilfe einer Schubstange 12.

[0019] Das Karussell 1 läßt sich mit Hilfe eines einfachen Antriebs entlang den Schienen 3 senkrecht zur Bohrachse verfahren, um so die Gestängeübergabe 9 in die Bohrachse 7 zu verlagern.

[0020] Die Übergabe eines Gestängeelements 5 und dessen Montage am freien bzw. rückwärtigen Ende des im Erdreich befindlichen Bohrgestänges läuft in folgenden Schritten ab.

[0021] Zunächst wird das Karussell 1 so weit abgesenkt, daß sich das am Übergabeschlitz 9 des Karussells befindliche Gestängeelement 5 in der Bohrachse befindet. In dieser Position wird das Gestängeelement 5 mit Hilfe eines Rotationsantriebs mit dem rückwärtigen Ende des im Erdbereich befindlichen Gestänges über ein Gewinde verschraubt. Das Gestängeelement 5 ist dann mit dem Bohrgestänge fest verbunden.

[0022] Anschließend wird das Karussell 1 in seine Ausgangsstellung zurückgefahren. Die Federelemente 10 öffnen sich maulartig und geben das mit dem Bohrgestänge verschraubte Gestängeelement 5 beim Zurückfahren des Karussells 1 automatisch frei, da es in der Bohrachse fixiert ist und die Federelemente von dem Gestängeelement auseinandergedrückt werden. Anschließend ist die Übergabe 9,10 frei und kann das im Gestängefach 4 nächstfolgende Gestängeelement 5 bis auf die Federelemente 10 abrutschen. Das Karussell 1 wird bei jeder Gestängeentnahme mit Hilfe der Schubstange 12 und des Ritzels 11 um einen Fachabstand weitergedreht, um eine gleichmäßige Gestängeentnahme über den Umfang des Karussells zu erreichen.

[0023] Bei einer Gestängeaufnahme, die beispielsweise beim Aufweitbohren erforderlich ist, bei der ein im Erdreich befindliches Bohrgestänge Stück um Stück verkürzt wird, fährt das Karussell 1 mit seiner Gestängeübergabe 9,10 in die Bohrachse 7, in der sich ein noch mit dem Bohrgestänge verbundenes Gestängeelement 5 befindet. Dieses Gestängeelement wird dabei von den sich automatisch auseinanderbewegenden Federelementen 10 überfahren. Das aufzunehmende Gestängeelement drückt dabei das an der Gestängeübergabe 9,10 befindliche Gestängeelement in das dahinterliegende Gestängefach 4 des Karussells 1 zurück und nimmt selbst dessen Position ein. Das in das Gestängefach 4 eingebrachte Gestängeelement wird dann von dem im Erdreich befindlichen Bohrgestänge gelöst und das Karussell 1 in seine Ausgangsposition zurückgefahren. Dabei wird das Karussell um einen Fachabstand weitergedreht, wodurch ein gleichmäßiges Auffüllen der Gestängefächer gewährleistet ist.

[0024] Insgesamt lassen sich sowohl die Gestängeabgabe als auch die Gestängeaufnahme durch eine kontinuierliche Folge von Schritten durchführen, die sich - neben dem Lösen oder Befestigen der Gestängeelemente bezüglich der im Erdreich befindlichen Bohrgestänge - in einer Abwärts- und einer Aufwärtsbewegung des Karussells erschöpft und einen äußerst geringen Aufwand an Steuerung und Mechanik erfordert.

[0025] Die mit der Erfindung verbundene konstruktive Vereinfachung basiert auf dem Prinzip, das Magazin bzw. das Gestängefach an das Bohrgestänge heranzufahren und - nach dem Verschrauben eines Gestängeelements mit dem Bohrgestänge - das Bohrgestänge selbst anstatt beispielsweise eines Greifers dazu zu benutzen, das Gestängeelement aus dem Magazin herauszunehmen bzw. umgekehrt vor dem Abschrauben das betreffende Gestängeelement in das Magazin einzubringen. Dies ermöglicht der maulartige Verschluß des Gestängefachs in Gestalt der Federelemente.

Ansprüche

1. Bohrgestängemagazin mit

- einem verfahrbaren Gestängefach (4,13) und

- einer Gestängeübergabe (9,10).

2. Bohrgestängemagazin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestängefach (4) längs mindestens einer Schiene (3) verfahrbar ist.

3. Bohrgestängemagazin nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein quer zur Bohrachse verfahrbares Karussell (1) mit radial angeordneten Gestängefächern (4) und einem die Fächer verschließenden Mantel (8) mit einem Übergabeschlitz (9).

4. Bohrgestängemagazin nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Peripherie des Karussells (1) verschiebbare Gestängehalter (10) angeordnet sind.

5. Bohrgestängemagazin nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängehalter aus einander gegenüberliegenden Federelementen (10) bestehen.

6. Bohrgestängemagazin nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Karussell (1) einen Drehantrieb (11,12) zum schrittweisen Drehen um jeweils einen Gestängefachabstand besitzt.

7. Bohrgestängemagazin nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Drehsperre (12) für das Karussell (1).

Zeichnung