DE2048615A1 - Vorrichtung zur Verbindung eines Bohr Werkzeugs mit einer mit einem Eindringmeß gerat ausgestatteten Bohrleitung - Google Patents
Vorrichtung zur Verbindung eines Bohr Werkzeugs mit einer mit einem Eindringmeß gerat ausgestatteten BohrleitungInfo
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Description
2049515
8 MÜNCHEN 18
FÜHSTENBER GSTHASSE 24
TRLEFON 80 ββ 14
BEN
Affaire 987
Institut Prancais du Petrole des Carburants et Lubrifiants,
Seuil-Malmaison, l?rankreich
Torrichtung zur Verbindung eines Bohrwerkzeuges mit einer mit einem .Eindringmeßgerät ausgestatteten Bohrleitung
Die Erfindung betrifft eine Bohrwerkzeugskupplung, die einer
Einrichtung zur Messung der mechanischen Charakteristiken des Frdbodensj und insbesondere einem Ifindringmeßgerät oder Penetrometer
zugeordnet ist.
Vorgänge zum Aufschließen einer Bodenschicht, über der ein Abbau
vorgesehen werden soll, werden vorteilhaft mittels einer ; Penetrometer" genannten Meßeinrichtung durchgeführt. Diese
Vorrichtung umfaßt eine in einer Spitze endende Stange, die mit Regelelementen dotiert ist, welche die Kräfte mißt, welche ein
Boden dem f'indringen dieser Stange entgegensetzt die am
finde der Spitze zur Wirkung kommen und auch die seitlichen Reibungskräfte während des Bindringens mißt. Die vorgenommenen
Messungen ermöglichen es, die mechanischen Charakteristiken der Böden zu bestimmen, wobei die Kenntnis dieser Merkmale notwendig
ist, um beispielsweise Verankerungsspitzen herzustellen, auf denen dann die zu konstruierenden Abbaueinrichtungen ruhen.
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Da die maximale Eindringtiefe der Stange des Penetrometers notwendigerweise
begrenzt ist, um Messungen im Inneren der zu untersuchenden oder aufzuschließenden Bodenschicht vorzunehmen,
stellt man eine Bohrung her und setzt das Penetrometer erst ein, wenn die Bohrung im wesentlichen die für die !Messung gewählte
?iefe erreicht hat.
Es besteht jedoch der Wunsch zu verhindern, daß bei jeder
Messung notwendigerweise die Reihe von Operationen notwendig wird, die darin besteht, das Bohrwerkzeug herauszuziehen, das
Penetrometer in das gebohrte Bohrloch einzuführen und nach Vornahme der Messung das Penetrometer wieder herauszuziehen und
das Bohrwerkzeug in das Bohrloch einzuführen.
Alle diese Vorgänge führen nämlich zu erheblichen und kostspieligen
Zeitverlusten, insbesondere,'wenn es schwierig ist.
die Bohrlochöffnung zwischen zwei Vorgängen wiederzufinden, wie dies beiepielsweiee bei Unterwasserbohrungen der Fall ist.
Um diesem Nachteil abzuhelfen, ist es vorteilhaft, wenn man das Penetrometer in den unteren Teil der Bohrkolonne selbst
einbauen kann.
Eine solche Vorrichtung, bei der das Penetrometer am unteren Teil einer Bohrkolonne eingebaut ist, umfaßt ein Bohrwerkzeug
oder einen Bohrmeißel, der mit einer zentralen Bohrung zur Durchführung der Stange des Penetrometere während einer Meßphaee,
die auf der gewählten Tiefe vorgenommen ist, versehen ist und die auf eine Bohrphase bis auf diese Tiefe folgt*
Ein Problem, welches eich während der Bohrphase stellt, wo die Stange dee Penetrometere in das Innere dee Bohrwerkzeugs zurückgezogen
ist, besteht darin, den mittleren Teil der Bohrloohaohle
in der zentralen öffnung des Bohrwerkzeuge zu zer-
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stören, um so die Stange gegen den Kontakt mit der Bohrlochsohle
zu schützen.
Nach Meinung der Techniker ist es auch wesentlich, daß man die
Kessungen kontinuierlich in einer Bodenschicht vornehmen kann, deren Dicke größer als die Länge der über das Bohrwerkzeug
hinausgehenden Stange ist, wenn das Penetrometer eich in Meßstellung
befindet. Das zu lösende Problem besteht darin, einen Vorschub der Bohrkolonne im Bohrloch ohne Drehung des Bohrwerkzeugs
zu erhalten, wobei das Penetrometer sich in Meßsteilung
befindet.
Erfindungsgemäß soll vor allem eine Bohrwerkzeugkupplung vorgeschlagen
werden, die es ermöglicht, selbsttätig den Schutz des Penetrometers während der Bohroperationen sicherzustellen.
Erfindungsgemäß soll auch eine Bohrwerkzeugkupplung vorgeschlagen
werden, die es ermöglicht, in kontinuierlicher Weise Penetrometriemessungen der Bodenschicht vorzunehmen, deren
Dicke größer als die Länge der Penetrometerstange ist.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist zur Kupplung eines Bohrwerkzeugs mit zentraler Bohrung mit dem Ende einer Bohrkolonne
bestimmt, an deren unterem Teil eine Vorrichtung zur Messung
der mechanischen Eigenschaften des Erdbodens eingebaut ist und
eine Stange von einem Durchmesser höchstens gleich dem der zentralen Bohrung des Bohrwerkzeugs aufweist und mit Meßelementen
für die Kräfte versehen ist, die der Erdboden dem Eindringen der Stange entgegensetzt. Diese Vorrichtung kann von
einer Bohrstellung, in der die Stange in das Innere der Bohrkolonne
zurückgezogen ist, die dann unter Drehung angetrieben wird, in eine Meßstellung übergehen, in der diese Drehung
unterbunden und die Stange in den Erdboden über die zentrale Bohrung des Bohrwerkzeugs eingetrieben ist, und zeichnet sich
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aus durch wenigstens ein gelenkig gelagertes Schließorgan für die zentrale öffnung des Bohrwerkzeugs, welches an seinem
unteren Seil mit Bodenangriffs elementen versehen ist, wobei
dieses Organ so ausgebildet ist, daß es automatisch in Schließstellung
für die zentrale Bohrung des Bohrwerkzeugs unter, der
Wirkung der Zentrifugalkraft bei der ürehung des Bohrwerkzeugs
kommt, und zeichnet sich aus durch Hucket eil einrichtungen für
dieses Organ in eine öffnungsstellung der zentralen Bohrung
des Bohrwerkzeuge bei Fehlen einer Drehbewegung des Bohrwerkzeugs.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Vorrichtung im übrigen gegen die Achse des Bohrwerkzeuge
geneigte Leitungen, wobei diese Leitungen es ermöglichen, durch Strahlen bei Fehlen einer Drehung des Bohrwerkzeuge zu bohren,
derart, daß eine kontinuierliche Messung der mechanischen Eigenschaften einer Bodenschicht möglich wird; ferner durch einen
vom Brück eines Bohrfluids gesteuerten Kolben, der so ausgebildet ist, daS er für einen Fluiddruck größer als ein bestimmter
Wert entweder mit Bohrfluid diese Bohrstrahlleitungen
bei Fehlen einer Drehung des Bohrwerkzeugs speiet oder während der Drehung des Bohrwerkzeuge für die Verriegelung dieses
Schließelementes sorgt und für einen Wert dee Pruckes des Bohrfluids
kleiner ale der des bestimmten Wertes für das Ausfließen des Bohrfluids sorgt, wodurch der Bohrschutt oder das Bohrklein
der Bohrlochsohle oder Angriffsfläche bei örtlichen Kessungen
der mechanischen Eigenschaften der Böden beseitigt werden kann.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun anhand
der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen
Fig. 1 im Axial schnitt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung
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während der Bohrphase durch Drehung des Bohrwerkzeugs zeigt*
Fig. 2 zeigt diese Einrichtung entsprechend dem gleichen Schnitt während der Phase der
Messung am Ort, wobei das Bohrwerkzeug in seiner Drehbewegung stillgesetzt ist;
Fig. 5 ist eine Druntersicht unter die in Fig. 1
gezeigte Vorrichtungt d
Fig. 4 zeigt im Axialschnitt eine bevorzugte
Ausführungsfo-rm der Vorrichtung nach der
Erfindung während der Phase des Bohrens durch Drehen des Bohrwerkzeugs;
Fig. 5 ist ein Schnitt durch die Vorrichtung längs der Linie V-V in Pig. 4j
Fig. 6 ist eine Druntersicht unter die Vorrichtung der Fig. 4 im Teilschnitt längs der
Linie VI-VI; und
Jä'xg· 7 ist ein Schnitt längs der Linie VII-VII
in Fig. 5.
Tn Fig. i ist mit Λ die speziell ausgebildete Kupplungsmuffe
bezeichnet, die an jedem Ende mit einem Gewinde versehen ist. Das obere Gewinde Ja ermöglicht es» die Kupplungemuffe 1 an
das untere Ende einer Bohrkolonne 1J zu befestigen, die strichpunktiert
dargestellt ist und in die ein Penetrometer eingebaut
ist, von dem allein die Meßstange 4 strichpunktiert und in der stellung angedeutet ist, die sie während der Phase des Bohrens
einnimmt. Das untere Gewinde 3b ermöglicht die Befestigung des
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gestrichelt dargestellten Bohrwerkzeugs oder Bohrmeißels 2 an
der Kupplungsmuffe 1. Das Bohrwerkzeug 2 ist ein Bohrwerkzeug oder ein Bohrmeißel mit einer zentralen Bohrung von einem
Durchmesser wenigstens gleich dem der HeSatange 4 des Penetrometers.
Dieses Bohrwerkzeug kann von der Bauart mit Bohrkrone sein oder Radialblätter aufweisen, deren Außenfläche beispielsweise
mit einer Diamantenkonkretion überdeckt ist.
In der Kupplungsmuffe 1 ist ein bewegliches Reguliergewicht 6
um eine Achse 7 gelenkig, die fest mit der Kupplungsmuffe verbunden
und orthogonal zu deren Achse ist. Das bewegliche Reguliergewicht 6 ist am unteren Teil durch ein Organ θ zum Verschließen
der zentralen Bohrung des Bohrwerkzeugs versehen, wobei dieses Organ ein Ende 8a aufweist, welches mit einem Verschleißmaterial,
beispielsweise mit einer üiamantenkonkretion,
überdeckt ist.
Sin festes, an der Kupplungsmuffe % beispielsweise durch
Schweißen, befestigtes Gewicht 9 ermöglicht deren dynamischen Ausgleich während der Drehung. Eine Feder 11 verbindet das
Obere Ende des beweglichen Reguliergewichtes 6 mit dem festen Gewicht 9·
Will man bohren, so geht man in folgender Weise vor: Bevor noch
das Bohrwerkzeug in Kontakt mit der Bohrlochsohle 14· des Bohrloches
15 kommt, wird die Bohrkolonne 13 unter Drehung angetrieben,
wobei die Meßstange 4 des Penetrometers die in v'iy. ι
angedeutete Stellung einnimmt. Unter dem Einfluß der Drehung der Kolonne 13 dreht sich das Gewicht 6, das dann einer Zentrifugalkraft
F ausgesetzt ist, um die Achse 7» hie es in Abstützung
gegen eine Schulter 10 der Kupplungsmuffe -t kommt. Piese
Drehung des Reguliergewichtes sorgt für eine Ausdehnung oder
Längung der Feder H und bringt das Schließorgan 8 bis zur Achse des Bohrwerkzeugs 2 oder vorteilhaft geringfügig darüber
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hinaus«. Die Torrichtung befindet sich dann in Bohrstellung
(Fig. 1).
Während der Phase des Bohrens verhindert der Teil 8a, der als Werkzeug arbeitet, die Bildung eines Kernes 16 im zentralen
Teil des Bohrwerkzeugs. In diesem Teil übt die Bohrlochsohle dann auf die Oberfläche 6a* des Organs 8 eine Beaktionskraft P1
auf den Vorschub des Verkzeugs und eine Kraft Fg aufgrund der
Reibungen der Bohrlochsohle gegen die Fläche 8a während der Λ
Drehung des Verkzeugs aus. Wie aus Fig. 1 zu sehen, ist die Form des Organs 8 derart, daß die Kräfte F^ und Fp dieses Organ
in Bohrsteilung halten, indem auf dieses ein Drehmoment bezug»
lieh der Achse 7 ausgeübt wird, welches in der gleichen Richtung wie die gerichtet ist, die auf die auf das Gewicht 6 ausgeübte
Zentrifugalkraft zurückzuführen ist. Sie zentrale Bohrung des Bohrwerkzeugs wird also durch das Organ 8 verschlossen,
welches die Spitze 5 der Stange 4- schützt.
Wenn die Bohrung die gewünschte Tiefe zur Vornahme einer Penetrometriemessung
erreicht hat, so wird die Drehbewegung des Bohrwerkzeugs unterbrochen. Ganz leicht wird die Bohrkolonne
angehoben, um das Werkzeug von der Bohrlochsohle freizube- ^j
kommen. Die Buckstellfeder 11 sorgt für das Verkippen des Gewichtes
6 und des Organs 8 in die bei 61 und 81 in Fig. 2 angedeutete
Stellung* derart, daß die zentrale Bohrung des Bohrwerkzeugs freigelegt wird und die Durchführung der Stange 4-zugelassen
wird, die die bei 4' angedeutete Lage einnimmt, wobei
die Spitze 5 bei 51 während des Eindringens in den Boden
dargestellt ist.
Fig. 3 zeigt die lage der aktiven Fläche 8a des Organs 8 während
der Phase des Bohrens.
Die Mittel zum Einsenken der Spitze in den Erdboden sowie die
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Hinrichtungen zum Messen der mechanischen Eigenschaften des
Erdbodens können von an sich bekannter geeigneter Art sein und stellen nicht einen Teil der Erfindung dar.
Die Fig. 4 bis 7 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der
Einrichtung nach der Erfindung.
Die Kupplungsmuffe Λ in Sonderbauart ist über ein Gewinde 3a
mit dem Ende einer Bohr kolonne 1*> verbunden, in der ein Penetrometer
17 mi* einer Meßstange 4 gelagert ist» An ihrem unteren
Ende ist die Kupplungsmuffe 1 mit einem Bohrwerkzeug 2 mittels eines Gewindes 3b verbunden. Das Bohrwerkzeug 2 wird
durch einen Körper gebildet, der mit Radialblättern besetzt ist, welche mittels einer Diamantenkonkretion überdeckt sind
und in der Mitte des Bohrwerkzeugs einen Kanal "belassen, dessen
Durchmesser wenigstens gleich dem LUrcbmesser der Stange 4 des
Penetrometers ist. Die Kupplungsmuffe ι wird in ihrem oberen
Teil von einer Bohrung 1a durchsetzt, die nach unten über eine Bohrung Ib größeren Durchmessers verlängert ist.
Ein röhrenförmiges Element 18 oder ein Bohrfluidverteilerkörper
ist im Inneren der Kupplungsmuffe i gelagert und begrenzt in
der Bohrung Ib einen Hingraum im Inneren der Kupplungsmuffe. Dieser Körper trägt an seinem unteren Teil eine Ringschulter n·9?
die sich am unteren Ende der Kupplungsmuffe ι abstützt, derart,
daß sie bei der Befestigung des Bohrwerkzeugs 2 an der Kupplungsmuffe"
1 unbeweglich gemacht wird.
In der Bohrung 18a des Elementes i8 kann ein Kolben 20 gleiten»
Eine zwischen das untere Snde des Kolbens 20 und eine idngschulter
innerhalb des Elementes 18 zwischengeschaltete jeder 21 versucht, den Kolben 20 nach oben zu führen, dessen Yertikalverschiebung
nach oben durch einen feat mit dem T-lement ">8 verbundenen
Anschlag 22 begrenzt ist. Eine zentrale Leitung 20a
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des Kolbens 20 ermöglicht die Durchführung der Stange 4 des
Penetrometers 17. In der Bohrung 1b dee Körpers 1 ist das Element 18 mit schrägen öffnungen 23 versehen, die die Bohrung
!8ΐ> des Elementes 18 mit der Bohrung 1b der Kupplungsmuffe 1
in Verbindung setzen. Auf der Schulter 19 ißt ein Lager 24 befestigt,
welches mit Lagerschalen 25 versehen ist; in diesem
kann sich eine Achse 7 parallel zur Achse der Kupplungsmuffe drehen. An ihrem oberen Teil ist die Achse 7 fest mit einem
beweglichen Raguliergewicht 6 über einen Stift 27 verbunden»
während jam unteren Teil der Achse 7 ein Stift 28 ein Ver- J
schließorgan 3 unbeweglich macht, welches senkrecht zur Achse
angeordnet ist. Im zentralen Teil der Schulter 19 ermöglicht
eine Öffnung 29 die Durchführung der Stange 4 des Penetrometers mit geringem Spie?L, Busen 30 setzen die zentrale Bohrung des
Elementes 18 mit dem Raum zwischen den Blattθλι des Bohrwerkzeugs
2 in Verbindung. Eine Ringausnehmung 31 in. der Schulter
';9- die mit oinem Strahlbrecher ;52 versehen ist, mündet in
den Baum zwischen Kupplungsmuffe und Bohrwerkzeug. Die Ausnehmung
3'i wird mit der Bohrung Ib des Körpers 1 über öffnungen
33 in Verbindung gesetzt. In der Bohrung 1b der Kupplungemuffe ι sorgt ein an der Kupplungsmuffe festes Gewicht 9 für
das d,yxi&>!iischcj Gleichgewicht der Kupplungsmuffe. Dieses Gewicht
9 iat ;nit dem beweglichen Iieguliergewicht 6 über eine Feder 11 ^j
verbunden. Vio in den Fig. 5 und 7 zu sehen, trägt das Gewicht
6 einen Finger 34, auf dem ein Element 35 befestigt iat,
weicheß, wenn das Gewicht sich von der Achse der Kupplungsmuffe
entfernt, in eine öffnung 36 eindringen kann, die im K.örpor des Elementes \8 ausgespart ist. Das Einde 35 dieses Elementes
hat eint) Gestalt komplementär zu der einer Nut 37» die
im Kolben 20 ausgearbeitet ißt.
Die Vorrichtung; ormöglichtcl.rei L^unktionsweison;
a? Bohren durch Urohung dos Bohrwerkzeugs,
b'J Örtlich ο Ilen sung der Charakteristiken des Erdbodens auf
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BAD
einer-gewählten !Tiefe bei stillgesetztem Bohrwerkzeug,
c) konti^&ej^L|phe Messing der .ph.jSRakJjrj.s.ii.iken eine^Tej
schicht, wobei der Vorschub des Bohrwerkzeuge ohne Drehung
©rfolgt.
Während der Phase des Bohrens infolge Drehens des Bohrwerkzeugs
2 nimmt das Penetrometer die in Fig. 4- dargestellte
Stellung ein, d· h., die Spitze 5 des Penetrometers befindet
sich im Inneren des Elementes 18. Das Bohrwerkzeug befindet sich geringfügig oberhalb der Bohrlochsohle, die Bohrkolonne
wird in Drehung mitgenommen. Diese Drehung setzt dann das bewegliche
Reguliergewicht 6 einer Zentrifugalkraft F (Pig. 5)
aus, die das Reguliergewioht 6 von der Achse der Kupplungsmuffe
1 entfernt, indem es dieses veranlaßt, um die Achse 7 des Lagere 24- zu verschwenken. Die Verschiebung des Gewichtes
6 sorgt für die Längung oder Dehnung der Feder 11 {?ig. 5)
und nimmt den Finger 34· und die Achse 7» mit denen er verbunden
ist, mit- Durch diese Bewegung führt der finger 34· das
Element 35 in die öffnung 36 (in den Fig. 5 und 7 gezeigte
Stellung) ein, während die Achse 7 das Schließorgan 8 an die
Achse des Bohrwerkzeugs annähert, bis es die in den Fig. 4·, und 6 dargestellte Lage einnimmt. Die Oberfläche 8a des Organs
8 ist mit einer ßchleifmittelschicht überdeckt, beispielsweise einer Diamantenkonkretion. In diesem Augenblick wird das Bohrfluid
unter Druck in die Bohrkolonne bei einem Drück P1 eingeführt, der wenigstens gleich dem Bewässerungadruck der Bohrlochsohle
während der Phase des Bohrens ist. Das Bohrfluid übt dann auf die Oberfläche 20b des Kolbens 20, dessen zentrale Leitung 20a durch das Penetrometer verschlossen ist, eine
Kraft aus, die für das Nachuntangehen dieses Kolbens sorgt,
bis die Nut 37 in Anschlag gegen das Element 35 (Fig· 7)
kommt.
Dieser Anschlag begrenzt den Weg des Kolbens 20 nach unten und
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läßt ein ausreichendes Spiel um den Kopf dieses Kolbens und
die Innenwand des Blementes 18 % damit das Bohrfluid weiter über
die öffnungen. 23 entsprechend dem durch die Pfeile in den. Fig.
4 und 7 angedeuteten Weg; ausfließen kann«
In dieser Stellung ist die zentrale Leitung 20a immer noch vom
Pene-troiaeter 'Ί ;i*ige V. verschlossen und die Gesamtheit des
Bohrfluids fließt aus der Bohrkolonne über die Öffnungen 333 in
den ir..u>srauhi ''Ti und durchsetzt dann die öffnungen 33 und die
/»lisuehiiiünß. j3i und bewässert nach Ausfließen über das strahl-"brechende
Sieb 32 die Bohrlochsohle oder die .Angriffsfläche,
indem et* über die schrägen, im Werkzeug belassenen Öffnungen
ausfließt.
iu.e Verwendung des Strahrhrechersiebes 32 ermöglicht es, die
AiisströmuHgsgeschwindigkeit des Bohrfluids auf einen Wert derart
su vermindern, daß das Bohrfluid nicht die Zerstörung der
Bohrlochsohle unterhalb des Bohrwerkzeugs herbeiführt, wobei dieser V/ert ausreichend bleibt« um die Bohrschuttbeseitigung
der Bohrlochsohle sicherzustellen und jede Senkung oder jedes
Nachgeben der seitlichen Wand dec gebohrten Bohrloches zu verhindern»
."Der Vorschub-der Kolonne ermöglicht dann das Bohren des Bohrloches,
während das Organ 8 den Kern zerstört, der sich in der rdtte des Werkzeugs 2 bildet.
Ist die gewünschte Tiefe erx%eicht und wünscht man, eine Messung
mit Hilfe des Penetrometers vorzunehmen, so hebt man das Werkzeug
von der Bohrlochsohle leicht ab. Der Druck des Bohrfluids wird auf einen Wert kleiner als P1 vermindert. Die Feder 21
sorgt für das Hochgehen des Kolbens 20, indem die Hut 37 des
letzteren vom Element 35 freigegeben wird. Die Drehung des
109815/U73 bad~ori§inal
- 12 -
Wi$jä unterbrochen. Die aiif das bewegliche Heguliergewicht
6 ausgeübte Zentrifugalkraft verschwindet. Die Feder bringt das bewegliche Heguliergewicht 6 nahe an die Achse der
Kupplungsmuffe heranf wobei das Gewicht über die Achse 7 das
Verschließorgan 8 in eine Stellung bringt, in der die zentrale öffnung 29 zum Durchgang der Stange 4· des Penetrometers freigegeben
wird. Man sorgt für den Vorschub der Stange 4 des
Penetrometersj welches nach Durchsetzen der öffnung 29 und der
zentralen Bohrung des Werkzeugs in die Böden unterhalb der
Bohrlochsohle eindringt. In dieser Stellung des örtlichen Messens strömt das Fluid» welches sich auf einem Druck P2 unterhalb
des Wertes P1 befindet» wie vorher erwähnt, auss die
zentrale Leitung 20a des Kalbens 20 istimmer noch vom Penetrometer
1? besetzt.
wünscht man, kontinuierlich die Eigenschaften einer Bodenschicht
zu messen, deren Dicke größer als die Länge der Stange des Penetrometers, welches über den Bohrmeißel hinausgeht»
ist, so nimmt man die folgenden Operationen vors Bei Ende einer Bohrperiode wiederholt man die vorher erwähnten Manöver und
erhält den Drehstillstand des Werkzeugs und den Austritt der
Spitze des Penetrometers. Man erhöht dann den Druck des Bohrtt fluids, wodurch der Kolben 20 in. eine Lage derart abgesenkt
·; wird, daß er die öffnungen 2J verschließt und daß die zentrale
Leitung 20a des Kolbens nicht mehr durch das Penetrometer verschlossen
wird. Das Bohrfluid fließt dann in die zentrale
Leitung 20a des Kolbens 20 aus. De die Öffnung 29 durch die
Stange des Penetrometers verstopft ist, wird das Druckfluid heftig gegen die Bohrlochsohle durch die Düsen 30 vorgetrieben.
Man realisiert so ein Bohren mittels "Strahlen", wodurch nach und nach die Abbaufront zerstört und der Vorschub des
Bohrwerkzeugs ohne dessen Drehung ermöglicht wird. Selbstverständlich erfolgt diese Art des Einsatzes in Bodenschichten,
deren Härte nicht zu groß für das Bobren mittels Strahlen ist.
1-098 15/1/, 7 3 _
BAD ORIGINAL
Verschiedene Modifikationen können bei den beschriebenem Ausführungsformen
im fiahmen der Erfindung vorgenommen werden· So
kann man beispielsweise dem Bohrfluidverteilerkörper eine Einrichtung zuordnen, die es ermöglicht) kodierte "DruckiMpulse zu
erzeugen, die durch das Bohrfluid an die Erdoberfläche übertragen werden» wo sie nachgewiesen werden» um
die Funktionsweise der Vorrichtung nach der Erfindung zu regeln. .
Patentansprüche ζ
- -14 1098 1R/U73
Claims (1)
1. Vorpiehiaing zur Verbindung titles Bohrwerkzeugs oder Bohrmeißels
mit einer zentralen Bohrung mit dem Ende einer Bohrkolonne, an deren unterem (Teil eine Meßvorrichtung für die
mechanischen Eigenschaften des Brdbodens eingebaut ist, mit
einer Stange von einem Durchmesser höchstens gleich dem der zentralen Bohrung des Bohrwerkzeugs, wobei diese Stange mit
Elementen zur Messung der vom Erdboden dem Eindringen der Stange entgegengesetzten Kräfte versehen ist, wobei die Vorrichtung
aus einer Bohrstellungt in der die Stange in das Innere der
Bohrkolonne zurückgezogen ist, die dann in Drehung mitgenommen wird, in eine Meßstellung übergehen kann, in der diese Drehung
unterbrochen und die Stange in den Erdboden über diese zentrale
Bohrung des Bohrwerkzeugs eingetrieben wird, gekennzeichnet durch wenigstens ein gelenkig gelagertes Schließorgan für
die zentrale öffnung des Bohrwerkzeugs, das in seinem unteren
Teil mit Bodenangriffselementen besetzt ist, wobei dieses
Organ so ausgebildet ist, daß es selbsttätig in Schließstellung für die zentrale Bohrung des Bohrwerkzeugs unter der Wirkung
der Zentrifugalkräfte bei der Drehung des Bohrwerkzeugs kommt ;
und durch Mickstelleinrichtungen für dieses Organ in eine
Öffnungsstellung der zentralen Bohrung des Bohrwerkzeugs bei Fehlen einer drehbewegung des Bohrwerkzeugs.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wahrend der Phase des Bohrens die Wirkungen des Erdbodens auf
dieses Schließorgan wenigstens eine Kraftkomponente aufweisen, die dieses Organ in Bohrstellung hält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine
röhrenförmige steife Kupplungsmuffe, die an einem ihrer Enden
mit der Bohrkolonne und am anderen Ende mit dem Bohrmeißel
verbunden ist, wob^i das Gchließorgari eine an dieser Kupplungs-
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muffe gelenkige Achse aufweist und ein bewegliches Reguliergewicht im Inneren dieser Kupplungsmuffe angeordnet ist, wobei
dieees bewegliche Reguliergewicht fest nut diesem Schließorgan
verbunden und so ausgebildet ist, daß es dieses Organ in
Schließstellung unter der Wirkung der Zentrifugalkraft kippen läßt, welche es von der Achse dieser Kupplungsmuffe während
der Drehung des Bohrwerkzeugs entfernt? und durch ein festes, mit der Kupplungsmuffe, für deren dynamisches Gleichgewicht es
sorgt, fest verbundenes Gewicht; und eine elastische Einrichtung, welche diese Gewichte verbindet und für die Rücketeilung
dieees Schließorgane in öffnungsstellung sorgt, indem das bewegliche Reguliergewicht an die Achse dieser Kupplungsmuffe
bei Fehlen einer Drehbewegung des Bohrwerkzeugs angenähert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine steife röhrenförmige Kupplungsmuffe, die an einem ihrer .Enden
mit der Bohrkolonne und am anderen Jnde mit dem Bohrwerkzeug,
verbunden ist, wobei das verschließende Organ eine Gelenkacfcßo
an dieser Kupplungsmuffe aufweist; durch ein bewegliches Reguliergewicht im Inneren dieser Kupplungsmuffe, wobei dieses
bewegliche Reguliexgewicbt fest alt die·« verschließenden
Organ verbunden und so ausgebildet ist, daß durch es Aas ία-schließstellungbringen dieses Organs unter der Wirkung der
Zentrifugalkraft gesteuert wird, welche es von der Achse dieser Kupplungsmuffe während der Drehung des Bohrwerkzeugs entfernt 5 durch ein fest mit der Kupplungsmuffe verbundenes
festes Gewicht zu deren dynamischem Ausgleich;, durch eine elastische, diese Gewichte verbindende Einrichtung» die für die
Rückstellung dieses verschließenden Organe in die öffnungsstellung der zentralen Bohrung des Bohrwerkzeugs sorgt, indem
dieses bewegliche Reguliergewicht an die Achse dieser Kupplungsmuffe bei Fehlen der Drehung dee Bohrwerkzeugs a
wird und durch «inen. Bohrfluidverteiler, der in Inneres dieser
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Kupplungsmuffe befestigt ist und es ermöglicht, die Bohrlochsohle des Bohrwerkzeugs zu bewässern.
5· Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß
dieser Verteiler einen zylindrischen Körper mit einer zentralen. Bohrung aufweist» wobei dieser Körper im Inneren dieser Kupplungsmuffe
gelagert ist und einen Eingraum in deren Innerem begrenzt, wobei der Ringraum mit Ausströmöffnungen für das Bohrfluid
zur Abführung des Bohrschutts auf der Bohrlochsohle in (
Verbindung steht; durch einen in der zentralen Bohrung dieses Körpers verschieblichen Kolben mit einer zentralen Leitung zur
Durchführung dieser fießstange, wobei der Kolben mittels einer
elastischen Einrichtung auf einem Fluiddruckwert kleiner als
ein bestimmter Schwellenwert in einer ersten Schließstellung für diese zentrale Leitung gehalten wirds in der das Fluid
ausschließlich aus der Bohrkolonne in diesen inneren Ringraum über Verbindungsöffnungen ausfließt, die quer zu dem Verteilerkörper
'angeordnet sind5 wobei der Kolben so ausgebildet ist,
daß er sich während der Drehung des Bohrwerkzeugs und unter dem Einfluß eines Pluiddruckes, der wenigstens gleich die.,em
Schwellenwert ist5 gegen die Wirkung dieser ©lastischen hmrichtung
bis in eine zweite !Stellung zum Verschließen der zentralen Leitung verschiebt, in der das Fluid ausschließlich in
diesen Innenringraum über die Verbindungsöffnungen strömt, die quer zum Verteilerkörper ausgespart sind, wobei der Kolben sich
bei Fehlen der Drehung des Bohrwerkzeugs und unter dem Einfluß eines Fluiddruckes wenigstens gleich diesem Schwellenwert gegen
die Wirkung dieser elastischen Einrichtung bis in eine Verschließstellung für diese Verbindungsöffnungen und in eine
öffnungsstellung dieser zentralen Leitung des Kolbens verschiebt, in der das Bohrfluid ausschließlich über diese zentrale
Leitung ausfließt und einerseits mit einer öffnung in Verbindung steht, die die Durchführung bei geringem Spiel der
Meßstange ermöglicht, die an der Unterseite der Kupplungsmuffe
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des Bohrwerkzeuge angeordnet ist und andererseits mit den Leitungen in Verbindung steht, welche gegen die Achse der Kupplungsmuffe
geneigt und so ausgebildet sind, daß ein Bohren rcdttQls Fluidstrahler! sichergestellt ist«
η, verrichtung nach Anspruch £? dadurch gekennzeichnet, daß
dissi.- zweite Schließstellung dieser zentralen Leitung des
Eoll>:5:o.iis i/ölolis während der Drehung des Bohrmeißels und unter
o.oui id.r>.riuß eines Fluiddruckes, der wenigstens gleich diesem
^cawollem/srt ist, erhalten wird, durch Einrichtungen festgelegt
wird, welche die Verschiebung dieses Kolbens in der
Stellung des beweglichen ßeguliergewichtes begrenzt, die von
'.isij? /'chae dieser Kupplungsmuffe entfernt ist»
?u Vorä?ichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die die Verschiebung des Kolbens begrenzenden Einrichtungen komp lernen ϊ-'άνο Elemente auf weiß en, die durch eine Nut und einen
.\oerrfingor gsbildet sind, v/obei eines dieser Elemente dem
Ko J bon und d&y andere diesem beweglichen Heguliergewicht zu~
P/a ordnet lat»
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