DE2629695A1 - Vorrichtung zum bohren von erdloechern - Google Patents

Vorrichtung zum bohren von erdloechern

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DE2629695A1
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James Whitehurst Young
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
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Description

Meissner & Meissner
PATENTANWALTS BÜ RO
BERLIN — MÜNCHEN
PATENTANWÄLTE
DIPL.-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)
1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22
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AL-74-23 - Mü-100
DRESSER INDUSTRIES, INC.
The Dresser Building
Elm and Akard Streets
Dallas, Texas 75 221/USA
Vorrichtung zum Bohren von Erdlöchern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bohren von Erdlöchern, insbesondere auf einen Bohrkopf zum Bohren von Löchern in unterschiedlich beschaffene Erdformationen. Der Erfindungsgegenstand ist in idealer Weise zum Bohren eines Erdloches mit relativ großem Durchmesser geeignet. Dabei stellt der nachfolgend erläuterte Erfindungsgegenstand eine Weiterentwicklung eines am 13. 2. 1975 in den USA unter der Ser. No. 550 492 angemeldeten Gegenstandes dar.
Es besteht seit langem das Bedürfnis, einen Bohrkopf zu schaffen, der zur Herstellung von einen relativ großen Durchmesser aufweisenden Bohrlöchern in die Erdrinde mit in
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BORO MÖNCHEN: TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO:
8 MÖNCHEN 22 1-85644 INVENTION BERLIN BERLINER BANK AG. W. MEISSNER, BLN-W
ST. ANNASTR. 11 INVEN d BERLIN 030/885 6037 BERLIN 31 12282-109
TEL: 089/22 S5 44 030/88823 82 3695716000
weiten Grenzen schwankenden Eigenschaften wirksam einsetzbar ist. Dabei ist dafür zu sorgen, daß das ausgebohrte Material aus dem Bohrloch während des Ausbohrens laufend entfernt wird. Beispielsweise bringt es der gegenwärtig vor sich gehende Bau der sogenannten "Alaska-Pipeline" mit sich, daß in periodischen Intervallen Bohrlöcher durch Tundratmd Dauerfrostböden sowie durch ständig sich verändernde Erdformationen gebohrt werden müssen. In die Bohrlöcher werden beispielsweise lange Pylone für hochaufgerichtete Stützvorrichtungen einzementiert, an denen die Pipeline über der Erdoberfläche hängend befestigt wird.
Die Umweltbedingungen beim Bohren der vorstehend erwähnten Löcher sind extrem schwierig, sowohl was die klimatischen Bedingungen betrifft,als auch was die geologischen Gegebenheiten anbelangt. Infolge der zerstörerischen Wirkung, welche schwere Lastfahrzeuge auf Tundraböden ausüben, ist der Bau der Pipeline dort auf die Zeitspanne während der Wintermonate beschränkt, wenn die Tundra hartgefroren und ihre Tragfähigkeit auch für Schwerlastfahrzeuge ausreichend hoch ist. Die extreme Kälte stellt eine erhebliche Beeinträchtigung von Mensch, Maschine und Materialien sowie eine starke Behinderung des Bohrbetriebes selbst dar. Metalle, die bei ITormaltemperaturen zäh sind und hohe Festigkeit aufweisen, werden bei den dort herrschenden extrem niedrigen Temperaturen brüchig und nachgiebig. Dabei verwandelt sich das Motoröl meistens in eine zähe Masse. Auch Elastomere und Kunststoffmaterialien werden zum großen Teil spröde und brüchig.
Zum Bohren der vorstehend erwähnten Bohrlöcher durch die an der Bohrstelle vorkommenden geologischen Formationen ist ein Bohrgerät erforderlich, mit dem in die sehr unterschiedlich beschaffene, in weiten Grenzen variierende Eigenschaften aufweisende Erdrinde Bohrlöcher eingebracht werden können. Vielfachen weisen die Erdschichten nicht verfestigte, d. h. lockere Materialien auf, die mit großen Felsbrocken,
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gefrorenem und ungefrorenem Wasser und anderen das Bohren erschwerenden Hindernissen vermischt sind. Da zur Herstellung einer großen Anzahl von Bohrlöchern entlang des Pipelineverlaufes möglichst jeweils das gleiche Bohrgerät verwendet werden soll, sollte dieses unter sich möglicherweise in einem weiten Bereich verändernden Bohrbedingungen einsetzbar sein, die ausgebohrten Materialien, d. h. der Bohrschutt, müssen aus dem Bohrloch entfernt und in geeigneter Weise derart unter Kontrolle gehalten werden, daß eine Verschmutzung der Umwelt nicht zu befürchten ist. Der Bohrschutt muß vom Grund des Bohrloches angehoben werden, damit er zusammen mit dem/der durch das Bohrgestänge strömenden Bohrmittel bzw. -flüssigkeit mitgeführt werden kann. Die Wand des Bohrloches muß dabei selbst dann standfest bleiben, wenn Wasser in das Bohrloch eindringt.
Bisher wird das Bohren in der Weise durchgeführt, daß durch das Innere eines Bohrgestänges ein Bohrmittel bzw. eine Bohrflüssigkeit gepreßt wird, das/die das Bohrgestänge in einer Vielzahl von Düsen durchströmt und an den oder nahe der Schneidkanten zum Grund des Bohrloches gelangt. Dabei nimmt das Bohrmittel den dort gelockerten Bohrschutt auf und führt ihn mit sich nach oben in den zwischen der Wand des Bohrstranges und der Wand des Bohrloches gebildeten ringzylindrischen Hohlraum. Das Bohrmittel kann Luft oder irgendeine Art von flüssigem Bohrschlamm sein. Ein derartiges Bohrverfahren ist bereits in der US-PS 3 087 558 beschrieben. Ein weiteres, als sogenanntes "Umkehr-Zirkulationsbohrsystem" bekanntes Verfahren ist in der US-PS 3 416 617 erläutert. Dabei wird das Bohrmittel zwischen den Wandungen zweier konzentrischer Bohrrohre nach unten gepreßt, bis es den Grund des Bohrloches erreicht. Anschließend gelangt es wieder nach oben in den zentralen ringzylindrischen Hohlraum des Bohrstranges, wobei es den Bohrschutt zur Erdoberfläche mit sich führt.
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In der US-PS 3 416 618 ist ein drehbares Bohrgerät mit konzentrischem Bohrrohr zum Bohren von Öl, Gas od. dgl. beschrieben. Die Bohreinrichtung weist einen mit mehreren Schneideinrichtungen versehenen drehbaren Körper auf. Die Schneideinrichtungen sind am Körper derart angeordnet, daß sie bei Drehung der Bohreinrichtung die Erdrinde am Grund des Bohrloches auflockern bzw. zerstückeln. Der Körper ist mit jedem der konzentrischen Bohrrohre verbunden. Am Körper ist eine Ummantelung angebracht und bildet einen Teil von jenem. Die Ummantelung weist einen Außendurchmesser auf, der im wesentlichen dem Durchmesser des Bohrloches entspricht, so daß zwischen der Bohreinrichtung und der Wand des Bohrloches ein Strömen von Bohrmittel verhindert oder zumindest erschwert wird. Die Ummantelung erstreckt sich so nahe wie möglich an das Ende des Bohrloches nach unten, um die Ausbeute der ausgebohrten Materialien su erhöhen und um eine Verunreinigung durch die ausgebohrten Materialien weitgehendst zu verhindern.
In einer weiteren, am 30, 9. 1969 unter usr Nr. Re 26 669 hinterlegten US-Patentanmeldung ist ein Bohrgerät beschrieben, bei dem ein sogennantes iSDual-Bohrrohr" für Erdbohrarbeiten ■verwendet wird. Das Bohrmittel strömt in dem zwischen zwei Rohr £.1 em ent en gebildeten ringzylindrischen Hohlraum nach unten, von dort durch di-3 Bohreinrichtung hindurch und schließlich innerhalb des Innenrohres wieder nach oben, wobei es die gelockerten Bohraaterialien an die Erdoberfläche mit sich führt. Der Schaft der Bohreinrichtung ist im wesentliehen völlig ausgehöhlt, um ein Aufsteigen des Bohrmittels in dem ringzylindrischen Hohlraum zu unterbinden. Der Schaft der Bohreinrichtung kann geriffelt bzw. genutet sein, um ein Strömen des Bohrmittals zuzulassen, wenn die Bohreinrichtung nicht auf dem Grund des Bohrloches aufsitzt. Derartige Nuten bzw. Riffelungen können an ihren Dachflanken möglicherweise mit Schneidkanten versehen sein, um ein Bohren nach oben zu ermöglichen, falls die *vand des Bohrlocliss über der Bohreinrichti:r.g einbrechen sollte. Die an der Stirnfläche der
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Bohreinrichtung angeordneten Schneidkanten weisen eine Breite auf, die ein Eindringen in weiche Erdformationen zulassen, um dort sozusagen als Spatenbohrer zu wirken. Diese Schneidkanten sind außenseitig mit harten Partikelchen, wie Diamanten, imprägniert, die über die Schneidkanten hinausragen und in harte Gesteinsformationen eindringen können, die für das Eindringen der kompletten Schneidkante zu hart sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß man mit Hilfe
in in
dieser Bohreinrichtung sowohl/weiche als auch/harte Erdformationen eindringen kann. Die Basis der Bohreinrichtung weist abgeschrägte Bereiche auf, die eine zunehmend größere Bohrfläche am Grund des Bohrloches schaffen, wenn die Schneidkanten tiefer in weiche Erdformationen eindringen. Auf diese Weise wird eine vollständige Unterbrechung der Wasserströmung verhindert, wenn die in weiche Erdschichten eindringende Bohreinrichtung überladen bzw. überlastet ist. Ein weiteres Merkmal zur Verhinderung des Festklemmens des Bohrers besteht darin, daß eine Reihe von querverlaufenden Hilfswasserströmen innerhalb des Bohrkörpers vorgeseehen sind, die über seitliche Schlitze mit der Spitze der Bohreinrichtung in Verbindung stehen. Die durch den Bohrer geführten Wasserstrahlen strömen in vertikaler Richtung durch diese Wasserstrom- Hilf skanäle .
In der US-PS 3 416 617 ist eine Bohreinrichtung erläutert, welche in einem fortlaufenden, mit zwei Durchlässen versehenen Bohrrohr verwendet werden kann. Die Bohreinrichtung weist Kanäle auf, durch die eine Bohrmittelströmung von dem um das innere Rohr herum gebildeten Raum zu den Schneidelementen strömen kann. Ein um die Schneidelemente herum verlaufender Rand verhindert allgemein die Strömung des Bohrmittels zur Außenseite der Einrichtung, so daß der größte Teil des zurückfließenden Bohrmittels durch das Innenrohr wieder nach oben fließt. Bin radial verlaufender Bund verhindert darüber hinaus ein Nachobenfließen des Druckmittels .
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E.:rch die Erfindung wird eine drehbare Bohreinrichtung geschaffen, die bei einem Vakuum-, Vakuumdruck- oder Druckzirkulations-Bohrsystem verwendet werden kann. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Bohreinrichtung können verschiedene Erdschichten bzw. -formationen durchbohrt und die dabei gelockerten Bohrmaterialien wirksam entfernt werden. Die Bohreinrichtung weist einen drehbaren Körper auf, der zur Auflockerung bzw. zur Aufschließung der Erdformationen und zur Ausbildung des gewünschten Bohrloches mit Schneideinrichtungen versehen ist. Vom Körper der erfindungsgemäßen Bohreinrichtung aus steht nahe der Schneideinrichtungen ein Schild hervor. Wenigstens ein erstes Teil dieses Schildes weist einen Außendurchmesser auf, der im wesentlichen dem Außendurchmesser der Schneideinrichtungen und im wesentlichen dem Bohrlochdurchmesser entspricht. Außerdem weist der Schild wenigstens ein zweites Teil auf, dessen Außendurchmesser im wesentlichen kleiner ist als der Außendurchmesser der Schneideinrichtungen bzw. der Durchmesser des Bohrloches. In Längsrichtung des Körpers verläuft in diesem ein erster Kanal, der eine Vakuum-Bohrmittelströmung durch die Bohreinrichtung ermöglicht. Ferner verläuft durch den Körper ein zweiter Kanal, der eine unter Druck stehende Bohrmittelströmung durch die Bohreinrichtung ermöglicht. Der erste Kanal steht mit dem zweiten Kanal derart in Verbindung, daß die durch das Vakuum bewirkte Beseitigung des beim Bohren entstehenden Bohrschuttes zusätzlich noch durch einen Strahl von unter Druck stehendem Druckmittel unterstützt wird.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie aus der in der Anlage beigefügten Zeichnung. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Erdbohreinrichtung,
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Fig. 2 eine Ansicht der Bohreinrichtung gemäß Fig. 1 von der der in Fig. 1 gezeigten Ansicht entgegengesetzten Seite her und
Fig. 3 eine Ansicht der Bohreinrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 von unten.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Bohrkopfes 10 zum Bohren von Erdlöchern gemäß der Erfindung, Der Bohrkopf 10 umfaßt einen Bohrkörper 14. Der Bohrkörper 14 kann mit einem Teil des Bohrrohres 24 verbunden werden, um mit diesem einen drehbaren Bohrstrang zu bilden. Ein am Bohrkörper 14 ausgebildeter Flansch 11 ist nahe eines am Bohrrohr 24 ausgebilde ten Flansches 12 angeordnet. Zur Anbringung des Bohrkopfes 10 am Bohrrohr 24 sind die Flansche 11 und 12 mit Hilfe mehrerer Schraubenbolzen 13 miteinander verbunden,,
Das Bohrrohr bzw. der Bohrstrang 24 und der Bohrkopf 10 weisen einen zentralen Kanal bzw. Durchlaß auf, durch den gasförmige Medien sowie Bohrmaterial aus dem Bohrloch geführt werden können. Ein Rohr 19 weist ein erstes Teil das sich vom drehbaren Bohrstrang 24 entlang cles Bohrkörpers 14 bis zu einer Stelle zwischen den und nahe der Schneideinrichtungen 15 und 17 erstreckt. Ein am Rohr 19 ausgebildetes zweites Teil 19' ist über den Schneideinrichtungen 16 und 17 in den zentralen Durchlaß 25 hinein zurückgebogen, wie Figo 1 zeigt. Vom drehbaren Bohrstrang 24 erstreckt sich entlang des Bohrkörpers 14.ein Rohr 18 bis zu einer Stelle zwischen den und nahe der Schneideinrichtungen 16 und 17. Vom Bohrkörper 14 aus erstrecken sich drei voneinander unabhängige ■ Lagerzapfen bzw. Lagerbolzen. Jeder Lagerzapfen trägt ein im wesentlichen konisch ausgebildetes Schneidelement. Die Schneidelemente sind mit den Bezugsziffern 15, 16 und 17 bezeichnete Jedes der Schneidelemente 15, 16 und 17 weist an seiner Peripherie Schneidorgane auf, mit deren Hilfe die Gesteinsformationen aufgeschlossen bzw. zerstrümmert werden.
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Am unteren Ende des Bohrkörpers 14 sind Teile 21 und 22 eines vom Bohrkopf wegstehenden ringförmigen Schildes angebracht. Die Schildelemente 21 und 22 erstrecken sich so nahe bis an die Sohle des Bohrloches heran, wie möglich. Ein Teil des Schildelementes 21 weist einen im wesentlichen dem von den Schneideinrichtungen 16 und 17 bestimmten Bohrradius entsprechenden Außendurchmesser auf und ist etwa so groß wie der Durchmesser des Bohrloches. Ein anderes Teil des Schildelementes 21 weist einen Außendurchmesser auf, der wesentlich kleiner als der von den Schneideinrichtungen 16 und 17 bestimmte Bohrradius und wesentlich kleiner als der Durchmesser des Bohrloches ist. Ein Teil des Schildelementes 22 weist einen Außendurchmesser auf, der dem von den Schneideinrichtungen 15 und 17 bestimmten Bohrradius und dem Durchmesser des Bohrloches im wesentlichen entspricht. Ein anderes Teil des Schildelementes 22 weist einen Außendurchmesser auf, der wesentlich kleiner als der von den Schneideinrichtungen 15 und 17 bestimmte Bohrradius und wesentlich kleiner als der Durchmesser des Bohrloches ist.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht von der entgegengesetzten Seite des Bohrkopfes 10. Der Bohrkopf 10 weist, wie vorstehend beschrieben, einen Bohrkörper 14 auf. Der Bohrkörper 14 kann mit einem Teil 24 eines drehbaren Bohrstranges verbunden werden. Ein am Bohrkörper 14 angeordneter Flansch 11 ist in der Nähe eines am drehbaren Bohrstrang 24 angeordneten Flansches 12 vorgesehen. Die Flansche 11 und 12 sind wiederum mit Hilfe mehrerer Schraubenbolzen 13 miteinander verbunden, um den Bohrkopf 10 am drehbaren Bohrstrang 24 zu befestigen. Der Bohrstrang 24 und der Bohrkopf 10 weisen einen zentralen Durchlaß auf, durch den gasförmige Medien und der aus dem Bohrloch zu entfernende Bohrschutt gelangen können. Vom drehbaren Bohrstrang 24 erstreckt sich entlang des Bohrkörpers 14 ein Rohr 20 bis zu einer Stelle zwischen den und nahe der Schneideinrichtungen 15 und 16.
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Vom Bohrkörper 14 aus erstrecken sich drei einzelne Lagerzapfen Dzw* Lagerbolzen. Jeder dieser Lagerbolzen trägt konisch ausgebildete Schneidelemente 15, 16 und 17. Die Schneidelemente 15, 16 und 17 weisen an ihrer Peripherie jeweils ein Schneidorgan auf, mit dessen Hilfe die Erdformation aufgeschlossen bzw. aufgelockert und zertrümmert wird. Vom unteren Ende des Bohrkörpers 14 aus ragt ein Teil 23 eines ringförmig ausgebildeten Schildes nach unten. Das Schildteil 23 erstreckt sich so nahe wie möglich an die Sohle des Bohrloches hinunter. Ein Teil des Schildteiles 23 weist einen Äueendurchmesser auf, der dem von den Schneideinrichtungen 13 und 16 bestimmten Bohrradius und dem Durchmesser des Bohrloches im wesentlichen entspricht. Ein anderes Teil des Schildteiles 23 weist einen AuBendurchMesser auf, der wesentlich kleiner als der von den Schneideinrichtungen und 16 bestimmte Bohrradius und wesentlich kleiner als der Durchmesser des Bohrloches ist.
Fig. 3 zeigt eine Unteransicht des Bohrkopfes 10. Die konisch ausgebildeten Schneideinrichtungen 15, 16 und 17 sind um die Mittelachse des Bohrkörpers 14 herum mit gleichem Abstand zueinander angeordnet. Die Schildelemente 21, 22 und 23 erstrecken sich von der Peripherie des Bohrkopfes 10 aus nach unten und bilden dadurch einen ringförmigen Mantel. Ein Teil jedes Schildes 21, 22 und 23 weist einen Außendurchmesser auf, der dem Außendurchmesser des von den Schneideinrichtungen 15, 16 und 17 definierten Bohrradius und dem Durchmesser des Bohrloches im wesentlichen entspricht. Die Schildelemente 21, 22 und 23 weisen ferner ein Teil auf, dessen Radius wesentlich kleiner als der Außendurchmesser des Bohrkopfes 10 und wesentlich kleiner als der Durchmesser des Bohrloches ist. Die Rohre 18* 19 und 20 durchsetzen die Schildelemente 21, 22 und 23 und enden jeweils zwischen den vorstehend erwähnten Schneideinrichtungen 15, 16 und 17.
Nachdem vorstehend die konstruktiven Einzelheiten eines Bohrkopfes 10 gemäß der Erfindung beschrieben worden sind,
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wird nachfolgend an Hand der Fig. 1,2 und 3 dessen Betriebsweise erläutert. Der Bohrkopf 10 umfaßt einen drehbaren Bohrkopf, der bei einem Vakuum-, Vakuum-Druck- oder Druckzirkulationssystems verwendet werden kann. Der Bohrkopf 10 kann zum Bohren von in ihrer Struktur variierenden Erdfonnationen und zur Entfernung von im Bohrloch anfallenden Bohrschutt wirksam eingesetzt werden, wobei dafür Sorge getragen ist, daß der Bohrschutt von der Sohle des Bohrloches angehoben und zusammen mit dem zirkulierenden Fluid weggeschafft wird.
Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, weist der Bohrstrang 24 einen zentralen oder inneren Durchlaß 25 sowie einen zwischen einem Mittelrohr und dem Zentralrohr vorgesehenen ringförmigen Zwischenraum 26 auf. Während des druckunterstützten Vakuumbohrens steht der innere Durchlaß 25 mit einem Vakuumerzeuger in Verbindung, wodurch im zentralen Durchlaß 25 Luft nach oben gesaugt bzw. gesogen wird. Der Ringraum 26 ist mit einem Druckluftbehälter bzw. Drucklufterzeuger verbunden, der Druckluft in den Ringraum 26 hinunterdrückt. Die Rohre 18, 19 und 20 sind mit dem Ringraum 26 verbunden. Durch den Ringraum 26 strömt die Druckluft nach unten in die Rohre 18, 19 und 20 und gelangt schließlich zur Sohle des Bohrloches, wodurch der Bohrschutt von der Sohle des Bohrloches angehoben und infolge des im Durchlaß 25 wirkenden Vakuums nach oben in den Luftraum angesaugt wird. Das in Fig. 1 dargestellte, nach hinten umgebogene Teil 19* des Rohres 19 wirkt bzw. dient zur Unterstützung der Vakuumströmung, die im zentralen Durchlaß 25 erzeugt wird. Die Schildelemente 21, 22 und 23 lassen es zu, daß Luft von dem die Außenseite des Bohrers und des Bohrstranges umgebenden Bereich nach unten gesaugt und zwischen den Schneideinrichtungen 15, 16 und 17 zirkulieren kann, wobei sie das Anheben des Bohrschuttes von der Sohle des Bohrloches unterstützt und dazu beiträgt, daß infolge der Vakuumwirkung der Bohrschutt zusammen mit der Luft nach oben in den Durchlaß 25 hinein mitgeführt wird. Der
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Teil der Schildelemente 21, 22 und 23, der wesentlich kleiner als der Durchmesser des Bohrers und der Durchmesser des Bohrloches ist, läßt es zu, daß zwischen der Wand des Bohrloches und dem Bohrstrang Luft zwischen den Schneideinrichtungen 15, 16 und 17 zirkulieren kann. Die Schildelemente gewährleisten, daß diese Luft notwendigerweise nahe der Sohle des Bohrloches zirkulieren muß, wodurch der Bohrschutt von der Sohle des Bohrloches angehoben wird.
Mit Hilfe des Bohrkopfes 10 kann der Bohrschutt von der Sohle des Bohrloches entfernt werden. Die den Bohrschutt bildenden Teilchen können größenmäßig variieren zwischen Teilchen mit relativ großem Durchmesser bis zu pulverförmigen Teilchen. In das Bohrloch möglicherweise eindringende(s) Wasser oder andere Substanzen müssen entfernt werden. Außerdem sollen die Wände des Bohrloches intakt, d. h. standfest bleiben. Die Eindringtiefe des Bohrers während des Bohrens sollte ausreichend groß sein, damit innerhalb einer bestimmten Zeit eine möglichst große Anzahl von Bohrlöchern gebohrt werden kann.
Bei Gebrauch ist der Bohrkopf 10 mit dem Bohrstrang 24 verbunden. Der Bohrstrang wird in das Bohrloch abgelassen, bis die Schneideinrichtungen 15, 16 und 17 die Sohle des Bohrloches berühren. Danach wird der Bohrstrang in Drehung versetzt, wobei sich der Bohrkopf 10 mitdreht. Bei Drehung des Bohrkopfes 10 um seine Drehachse drehen sich auch die Schneideinrichtungen 15, 16 und 17 jeweils um ihre entsprechenden Drehachsen. Die an den Schneideinrichtungen 15, 16 und 17 angeordneten Schneidorgane zerkleinern die Gesteinsformatio-, nen zu einem Bohrschutt, dessen Teilchen größenmäßig von großen Gesteinsbrocken bis zu pulverförmigem Staub variieren können. Der Bohrschutt muß aus dem Bohrloch entfernt werden. Der Bohrkopf 10 erweist sich als besonders wirksam, wenn er in einem Saug- oder Vakuum-Umkehrzirkulations-Bohrsystem sowie in einem druckunterstützten Vakuumbohrsystem verwendet wird. Dabei gelangt das in dem zentralen Durchlaß 25 des drehbaren
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Bohrstranges erzeugte Vakuum in den im Bohrkörper 14 ausgebildeten zentralen Durchlaß. Druckluft oder anderes von einer Druckquelle geliefertes Gas gelangt über den Ringraum 26 in die Rohre 18, 19 und 20 und trifft auf die Sohle des Bohrloches, wodurch der dort anfallende Bohrschutt von der- Sohle des Bohrloches angehoben wird. Der Bohrschutt wird in den im Bohrkörper 14 ausgebildeten zentralen Durchlaß in den im Bohrstrang 24 ausgebildeten zentralen Durchlaß 25 angesaugt und an die Erdoberfläche nach oben gebracht.
Vorstehend wurde eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrkopfes erläutert und beschrieben, der bei einem Vakuum-, Vakuum-Druck- oder Druckzirkulations-Bohrsystem verwendet werden kann. Dabei sind Einrichtungen vorgesehen, bei denen zusammen mit dem Vakuumteil des Systems die Strömung noch unterstützt wird. Die Erfindung sieht jedoch auch vor, daß das primäre Vakuumteil des Systems außer Betrieb gesetzt werden kann und daß zusammen mit der Druck— Strömungsunterstützung Druckluft verwendet werden kann, die bis zur Sohle des Bohrloches geführt wird, um von dort Bohrschutt entfernen zu können. Falls dies gewünscht sein sollte, kann die Einrichtung zur Unterstützung der Strömung ihr eigenes Vakuum innerhalb des Mittelteils des Bohrers
in der
erzeugen, wobei die/am 24. Februar 1975 unter der Ser. No.
552 574 eingereichte! US-Anmeldung beschriebenen Venturi-Prinzipien zur Anwendung kommen können.
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Claims (2)

  1. Patentansprüche
    1i Drehbarer Bohrkopf zur Ausbildung eines Erdbohrloches, gekennzeichnet
    durch Schneideinrichtungen (15,16,17) zur Ausbildung des Bohrloches, wobei die Schneideinrichtungen (15,16,17) aus mehreren Schneidelementen gebildet sind,
    durch einen mit zwei Enden versehenen Bohrkörper (14), an dem die Schneideinrichtungen (15,16,17) in Abstand zueinander drehbar gelagert sind, um bei Drehung des Bohrkopfes (10) auf der Sohle des Bohrloches die Erdschichten aufzulockern bzw. zu zertrümmern,
    durch am Bohrkörper (14) angeordnete, von diesem abstehende, bis nahe an die Schneideinrichtungen (15,16,17) heranführende Schildelemente (21,22,23), von denen wenigstens ein erstes Teil einen Außendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser der Schneideinrichtungen (15,16,17) und dem Durchmesser des Bohrloches im wesentlichen entspricht, und von denen wenigstens ein zweites Teil einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Außendurchmesser der Schneideinrichtungen (15,16,17) und kleiner als der Durchmesser des Bohrloches ist,
    durch einen den Bohrkörper (14) durchsetzenden ersten Kanal bzw. Durchlaß (25),
    durch einen in Abstand vom ersten Durchlaß (25) angeordneten, die beiden Enden des Bohrkörpers (14) durchsetzenden zweiten Kanal bzw. Durchlaß (26) und
    durch den ersten Durchlaß (25) und den zweiten Durchlaß (26) miteinander verbindende und zwischen den beiden Enden des Bohrkörpers (14) angeordnete Verbindungseinrichtungen (18,19,20)
  2. 2. Drehbarer Bohrkopf zur Ausbildung eines Erdbohrloches od. dgl., gekennze ichnej;
    durch Schneideinrichtungen (15,16,17) mit einer Vielzahl von Schneidelementen zur Ausbildung des Erdbohrloches,
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    durch einen die Schneideinrichtungen (15,16,17) drehbar lagernden, mit zwei Enden versehenen Bohrkörper (14), an dem in Abstand zueinander die das Erdreich bzw. das Gestein an der Sohle des Bohrloches bei Drehung des Bohrkopfes (10) lockernden bzw, aufschließenden bzw. zertrümmernden Schneideinrichtungen (15,16,17) angebracht sind, durch am Bohrkörper (14) angeordnete, von diesem wegstehende, bis nahe an die Schneideinrichtungen (15,16,17) heranführende Schildelemente (21,22,23), von denen ein Teil einen Außendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser der Schneideinrichtungen (15,16,17) sowie dem Durchmesser des Bohrloches im wesentlichen entspricht, und von denen ein anderes Teil einen Außendurchmesser aufweist, der wesentlich kleiner als der Außendurchmesser der Schneideinrichtungen (15,16,17) und wesentlich kleiner als der Durchmesser des Bohrloches ist, durch einen den Bohrkörper (14) durchsetzenden, in Längsrichtung der Drehachse des Bohrkopfes (10) verlaufenden ersten Kanal bzw. Durchlaß (25),
    durch einen zwischen den beiden Enden des Bohrkörpers (14) verlaufenden, von der Drehachse des Bohrers in Abstand angeordneten zweiten Kanal bzw. Durchlaß (26) und durch zwischen dem ersten Kanal bzw. Durchlaß (25) und dem zweiten Kanal bzw. Durchlaß (26) sowie zwischen den beiden Enden des Bohrkörpers (14) angeordnete, ein Fluid führende Verbindungseinrichtungen (18,19,20).
    Drehbarer Bohrkopf, der in einem Vakuum-System oder in einem druckunterstützten Bohrsystem mit einem Vakuumerzeuger und einem Druckgasbehälter bzw. einem Druckgaserzeuger verwendet werden kann, um ein ErdbohrloDh od. dgl. auszubilden, gekennzeichnet
    durch mit einer Vielzahl von Schneidelementen versehene Schneideinrichtungen (15,16,17) zur Ausbildung des Erdbohrloches ,
    durch einen die Schneideinrichtungen (15,16,17) drehbar lagernde, mit zwei Enden versehenen Bohrkörper (14), an dem die
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    Schneidelemente in Abstand zueinander angebracht sind, um bei Drehung des Bohrkopfes (10) das Erdreich bzw. die Gesteinsformationen an der Sohle des Bohrloches aufzulockern bzw. aufzuschließen bzwo zu zertrümmern, durch am Bohrkörper (10) angebrachte, von diesem wegstehende, bis nahe an die Schneideinrichtungen (15,16,17) heranführende Schildelemente (21,22,23), von denen ein Teil einen Außendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser der Schneideinrichtungen (15,16,17) sowie dem Durchmesser des Bohrloches im wesentlichen entspricht, und von denen ein anderes Teil einen Außendurchmesser aufweist, der wesentlich kleiner als der Außenclurchmesser der Schneideinrichtungen (15,16,17) und wesentlich kleiner als der Durchmesser des Bohrloches ist, durch einen den Bohrkörper (14) durchsetzenden, an den Vakuumerzeuger anschließbaren ersten Kanal bzw. Durchlaß (25),
    durch einen in Abstand von dem ersten Kanal bzw. Durchlaß (25) angeordneten, zwischen den beiden Enden des Bohrkörpers (14) verlaufenden, an den Druckgasbehälter bzw. Druckgaserzeuger anschließbaren zweiten Durchlaß (26) und durch zwischen dem ersten Durchlaß (25) und dem zweiten Durchlaß (26) und zwischen den beiden Enden des Bohrkörpers (14) angeordnete, ein Fluid führende Verbindungseinrichtungen (18,19,20).
    Drehbarer Erdbohrer zur Ausbildung eines Brunnenloches od. dgl., gekennzeichnet
    durch einen mit zwei Enden und drei Armen versehenen Bohrkörper (14), wobei jeder Arm einen Lagerschaft bzw, eine Lagerwelle aufweist,
    durch eine erste, zweite und dritte Schneideinrichtung (15,16, 17), die jeweils an einer der Lagerwellen drehbar angebracht ist,
    durch von dem Bohrkörper (14) abstehende, bis nahe an die Schneideinrichtungen (15,16,17) heranführende Schildelemente
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    (21, 22, 23), von denen ein Teil einen Außendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser der Schneideinrichtungen (15,16,17) und dem Durchmesser des Bohrloches im wesentlichen entspricht, und von denen ein anderes Teil einen Außendurchmesser aufweist, der wesentlich kleiner als der Außendurchmesser der Schneideinrichtungen (15,16,17) und wesentlich kleiner als der Durchmesser des Bohrloches ist, durch einen den Bohrkörper (14) durchsetzenden ersten Kanal bzw. Durchlaß (25),
    durch einen in Abstand vom ersten Kanal bzw. Durchlaß (25) angeordneten, die beiden Enden des Bohrkörpers (14) durchsetzenden zweiten Durchlaß (26) und
    durch zwischen dem ersten Durchlaß (25) und dem zweiten Durchlaß (26) sowie zwischen beiden Enden des Bohrkörpers (14) angeordnete, ein Fluid führende Verbindungseinrichtungen (18,19,20).
    Mit einem drehbaren Bohrstrang verbindbarer Bohrkopf zur Ausbildung eines Erdbohrloches, wobei mit Hilfe eines Vakuumerzeugers und eines Druckgasbehälters bzw. Druckgaserzeugers durch den Bohrstrang ein Fluid geführt wird, gekennzeichnet durch einen am drehbaren Bohrstrang anbringbaren Bohrkörper (14),
    durch eine am Bohrkörper (14) drehbar angebrachte erste Schneideinrichtung (15),
    durch eine am Bohrkörper (14) drehbar angebrachte zweite Schneideinrichtung (16),
    durch eine am Bohrkörper (14) drehbar angebrachte dritte Schneideinrichtung (17),
    durch vom Bohrkörper (14) wegstehende, bis nahe an die erste, zweite und dritte Schneideinrichtung (15,16,17) heranführende Schildele^iente (21,22,23), von denen ein Teil einen Außendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Bohrloches im wesentlichen entspricht, und von denen ein anderes Teil einen Außendurchmesser aufweist, der wesentlich kleiner als der Durchmesser des Bohrloches ist,
    709807/0253
    durch einen den Bohrkörper (14) durchsetzenden, mit dem Vakuumerzeuger in Verbindung stehenden ersten Durchlaß (25), durch einen mit dem Bohrkörper (14) und den Schildelementen (21,22,23) verbundenen, mit dem Druckgasbehälter bzw. Druckgaserzeuger in Verbindung stehenden zweiten Durchlaß (26) und durch zwischen dem ersten Durchlaß (25) und dem zweiten Durchlaß (26) sowie zwischen den beiden Enden des Bohrkörpers (14) angeordnete, ein Fluid führende Verbindungseinrichtungen (18,19,20).
    Dipf.-ing. P. E. Meissner
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    Leerseite
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