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Bohrgestänge für Lufthebebohrverfahren mit Ventilvorrichtung Die Erfindung
bezieht sich auf ein Bohrgestänge für Lufthebebohrverfahren mit Ventilvorrichtung,
bestehend aus mindestens einem Rohr, das für die Luftführung einen zusätzlichen,
über die ganze Länge reichenden Kanal aufweist, der von dem Spü-
lungskanal
getrennt ist, wobei zwischen den Rohrenden eine anfänglich geschlossene Verbindungsstelle
vorgesehen ist, die vom Luft- zum Spülungskanal führt und durch eine druckabhängig
arbeitende, am Rohr angeordnete Vorrichtung zu öffnen ist.
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Derartige Bohrgestänge sind in den letzten Jahren entwickelt worden,
um im sogenannten Lufthebebohrverfahren zu arbeiten, bei dem die Spülung im Bohrloch
außen am Gestänge abwärts füllt und innerhalb des Gestänges wieder hochgedrückt
wird. Bei solchen beispielsweise für Wasserbohrungen einzusetzenden Gestänge wird
die Luft vorzugsweise in einer ganz bestimmten Teufe in das Rohr eingeführt. Die
hierfür erforderliche Teufe ergibt sich daraus, daß bei den Bohrverfahren Kompressoren
eingesetzt werden, die aus wirtschaftlichen Gründen mit 5 bis 7 atü
arbeiten. Die Luft muß daher in 50 bis 70 m Teufe in das Gestänge
eingeführt werden. Zu diesem Zweck weisen die bekannten Rohre Einrichtungen auf,
die mit Differenzialkolben arbeiten, welche bei einer bestimmten Teufe auf Grund
des Druckes der Spülungssäule ansprechen und die Verbindung zwischen dem Luftkanal
und dem Spülungskanal herstellen. Nach ausreichendem Teufengewinn muß das Gestänge
mit der Differenzialkolbenvorrichtung gezogen werden. Die Vorrichtung wird auf einen
höher liegenden Gestängeabschnitt umgesetzt, während die vorhergehende Anordnungsstelle
der Vorrichtung, die mittlerweile eine größere Teufe erreicht hat, wieder geschlossen
wird. Die bekannte Vorrichtung ist daher verhältnismäßig teuer, umständlich zu handhaben
und sehr empfindlich.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Gestänge der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, bei welchem die Verbindungsstelle zwischen Luft- und
Spülungskanal auf einfache und billige Weise geöffnet werden kann. Zur Lösung der
Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Verbindungsstelle mit einem gegen
Druck begrenzt widerstandsfähigen und vom Bohrlochdruck beaufschlagten Material
verschlossen ist. Vorzugsweise ist dieses Material unter einem Fenster angeordnet,
das mit einer Membran verschlossen ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Erfindung auf ein Gestänge
mit einem außen am Rohr liegenden Luftkanal und einer in der Rohrwand ausgebildeten
Verbindungsstelle angewendet, wobei diese Ausführungsforni sich dadurch auszeichnet,
daß die Verbindungsstelle eine öffnung ist, vor der im Luftkanal ein Kunststoffstopfen
liegt, der mittels einer darüberliegenden Membran beaufschlagbar ist, die zum Bohrloch
hin frei liegt. In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Kunststoffstopfen
einen Zündsatz enthält, auf den ein an der Membran befestigter Schlagbolzen gerichtet
ist. Die Membran liegt zum Bohrloch hin frei und wird mit zunehmender Teufe durch
den Druck der im Bohrloch stehenden Flüssigkeitssäule immer stärker eingedrückt,
bis schließlich der innen an der Membran befestigte Schlagbolzen gegen den Zündsatz
im Kunststoffstopfen stößt. Die Abmessungen der Teile können so gewählt werden,
daß der Schlagbolzen beispielsweise bei 50 in Teufe auf den Zündsatz trifft
und dessen Detonation auslöst. Der Stopfen wird dadurch zerstört und die Verbindungsstelle
zwischen Luft- und Spülungskanal freigelegt. Die vom Kompressor aus in den Luftkanal
eingeleitete Luft tritt daher an dieser Stelle in den Spülungskanal über und reißt
das Bohrgut im Spülungskanal aufwärts.
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Das Gestänge besteht vorzugsweise aus mehreren einzelnen Rohrabschnitten,
die jeweils so aneinander befestigt sind, daß die Spülungs- und Luftkanalabschnitte
aneinander anschließen. Erlindungsgemäß weist dann jeder Rohrabschnitt eine anfangs
geschlossene Verbindungsstelle auf, die erst geöffnet wird, wenn die Verbindungsstelle,
mit dem Rohr die entsprechende Teufe erreicht. Die vorhergehende Verbindungsstelle
befindet sich dann in einer wesentlich größeren Teufe, in der der vom Kompressor
gelieferte überdruck nicht mehr ausreicht, um die Luft entgegen dem Spülungsdruck
aus dem Luftkanal austreten zu lassen.
Bei dem erfindungsgemäßen
Gestänge ist es demnach nicht mehr erforderlich, nach entsprechendem Teufengewinn
das Gestänge zu ziehen und die neuen Rohrabschnitte unterhalb des die Verbindungsvorrichtung
tragenden Rohrabschnittes anzusetzen. Statt dessen wird wie im gewöhnlichen Bohrverfahren
der zur Verlängerung des Gestänges benötigte Rohrabschnitt jeweils oben angesetzt.
Es zeigt F i g. 1 einen Teil eines erfindungsgemäßen, aus mehreren Einzelabschnitten
zusammengesetzten Gestänges, F i g. 2 eine vergrößerte Einzeldarstellung
der durch Druck zu betätigenden Einrichtung zur Öff-
nung der Verbindungstelle
zwischen Luft- und Spülungskanal, F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie
12-12 der F i g. 2.
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Nach F i g. 1 ist das Gestänge aus gleichausgeführten Rohrabschnitten
10, 10 a, 10 b zusammengesetzt. Der Rohrabschnitt
10 weist an seinem Außenmantel ein der Luftführung dienendes Rohr 12 auf,
das an der Außenseite des Rohres 10 vom einen Ende zum anderen verläuft.
Etwa in der Mitte des Rohrabschnittes 10 ist das Luftführungsrohr 12 durch
eine Vorrichtung 14 unterbrochen, die in den F i g. 2 und 3 näher
dargestellt ist. Die Vorrichtung 14 besteht aus einem kastenförmigen Gehäuse, in
das von oben und unten das Luftführungsrohr 12 bzw. 12' einmündet. Der Boden des
Gehäuses wird von der Wandung des Rohres 10 gebildet, die im Bereich des
Gehäuses eine Öffnung 16 aufweist, welche vom Rohrinneren zum Innenraum des
Gehäuses 14 führt. Außer der abgedichteten Einmündung der Abschnitte 12, 12# des
Luftführungsrohres weist das Gehäuse 14 noch eine Gewindebohrung 22 auf, in die
ein Gewindeeinsatz 20 eingeschraubt ist.
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Der Gewindeeinsatz 20 ist zweckmäßig eine kurze Muffe mit einem radialen
Flansch an einem Ende, der Schlüsselansatzflächen aufweist. Die Öffnung des Gewindeeinsatzes
ist am radialen Flansch durch eine Membran 18 verschlossen, die auf dem Flansch
befestigt ist und die öffnung des Gewindeeinsatzes dicht abschließt. Die Membran
18 trägt im Inneren des Gehäuses einen Schlagbolzen 24, der in die
Öff-
nung eines Kunststoffstopfens 26 eingreift. Am Boden der Öffnung
des Kunststoffeinsatzes 26 ist ein Zündsatz 28 befestigt, vorzugsweise
dadurch, daß der Zündsatz 28 überwiegend bei Herstellung des Stopfens
26 in die Kunststoffmasse eingebettet wird.
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Zur Halterung des Kunststoffstopfens 26 vor der Verbindungsstelle
16 kann an der Außenseite des Rohres 10 eine Halterung vorgesehen
sein. Vorzugsweise wird der Kunststoffstopfen mit Ansätzen ausgeführt, die in den
Gewindeeinsatz hineinreichen und gleichzeitig eine Führung für den Schlagbolzen
24 darstellen. Um den anfänglich erforderlichen Ab-
stand zwischen Schlagbolzen
24 und Zündsatz 28
einzuhalten, ist im Gewindeeinsatz 20 noch ein Haltering
für die Ansätze 30 des Kunststoffstopfens vorgesehen.
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Die Teufe, bei welcher der Kunststoffstopfen 26
durch Zünden
des Zündsatzes zu beseitigen ist, kann durch Gewindeeinsätze mit entsprechend langen
Schlagbolzen gewählt werden, wobei der anfängliche Abstand zwischen Schlagbolzen
24 und Zündsatz 28
um so größer ist, je größer die Zündteufe sein soll.
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Wie F i g. 1 zeigt, ist jeder Rohrabschnitt 10,
10 a,
10b mit einem Luftführungsrohr 12 bzw. 12a
bzw. 12 b und einem entsprechenden Gehäuse 14 bzw. 14 a
bzw. 14b mit
einer nicht dargestellten Verbindungsstelle versehen. In der entsprechenden Teufe
wird durch den Spülungsdruck die Membran 18 und damit der Schlagbolzen 24
nach innen gedrückt, wodurch der Zündsatz 28 gezündet und der Kunststoffstopfen
26 zerstört wird. Damit ist die Öffnung 16 frei und die Druckluft
aus dem Luftrohr 12 tritt über die Verbindungsstelle 16 in das Innere des
Rohres 10
ein.
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Mit weiter zunehmender Teufe gerät der Abschnitt der offenen Verbindungsstelle
16 schließlich in einen Bereich, in welchem der Spülungsdruck größer als
der überdruck der Luft in dem Luftführungsrohr 12 ist. Infolgedessen kann keine
Luft in der dann erreichten Teufe mehr aus der Verbindungsstelle austreten. Inzwischen
ist jedoch in dem darüberliegenden Rohrabschnitt die Vorrichtung 14 bis zur Druckgrenze
vorgerückt, in welcher der Druck ausreicht, um den Schlagbolzen bis zur Zündung
des Zündsatzes 28 nach innen zu drücken. Infolgedessen wird in dem nächsthöheren
Rohrabschnitt die Verbindungsstelle 16 geöffnet, während die Druckverhältnisse
in dem nächsttieferen Rohr nicht mehr den übertritt von Luft aus dem Luftführungsrohr
12 in das Innere des Rohres 10 zulassen. Nach Beendigung der Bohrung und
Ziehen des Gestänges können die einzelnen Vorrichtungen 14 durch Auswechseln der
Gewindeeinsätze und Einsetzen neuer Kunststoffstopfen wieder für die nächste Bohrung
bereitgemacht werden.
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Auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung ist es demnach nicht mehr
erforderlich, das mit der öffnungsvorrichtung versehene Rohr stets im gleichen Teufenbereich
zu verwenden. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Zeitersparnis beim Nachsetzen
von weiteren Rohrabschnitten.