DE3200927A1

DE3200927A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von bohrkernen

Info

Publication number: DE3200927A1
Application number: DE19823200927
Authority: DE
Inventors: Günter 6290 Weilburg Böckel; Emmerich Dr.-Ing. 6600 Saarbrücken Hunsdorfer
Original assignee: SAARBERG INTERPLAN GmbH; Nassovia Werkzeugmaschinen GmbH; Nassovia Werkzeugmaschinenfabrik GmbH
Current assignee: SAARBERG INTERPLAN GmbH; Nassovia Werkzeugmaschinen GmbH; Nassovia Werkzeugmaschinenfabrik GmbH
Priority date: 1982-01-14
Filing date: 1982-01-14
Publication date: 1983-07-28

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Bohrkernen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Bohrkernen, wobei der Bohrkern durch ein drehendes, mit einer Bohrkrone versehenes Außenrohr eines Doppelkernrohres geschnitten und in einem nicht drehenden Innenrohr des Doppelkernrohres aufgenommen wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Ein derartiges Bohrverfahren dient zum Gewinnen von Bohrkernen als Proben für Prospektions- und Explorationszwecke, für Baugrunduntersuchungen und andere geologische oder technische Bedürfnisse der Industrie.
Zum Durchführen von Aufschlußbohrungen ist es bekannt, Doppelkernrohre zu verwenden, mit denen im Drehbohrverfahren ein Kern gewonnen wird, der Aufschluß über Tiefenlage, Aufeinanderfolge, Mächtigkeit und Fallen der durchbohrten Schichten gibt.
Nachteilig beim bekannten Kerndrehbohren ist es, daß der Kern oft nicht unversehrt geborgen werden kann, weil seine Struktur beim Eintritt in das Innenrohr durch die Drehbewegung des Außenrohres zerstört worden ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, das es ermöglicht, kompakte Bohrkerne aus jeder gewünschten Bohrtiefe zu gewinnen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Drehbewegung des Außenrohres axial wirkende Schlagimpulse überlagert werden.
Ein im Innern eines Mantelrohres angeordneter Versenkhammer wird mit Luft angetrieben und treibt mit Schlagimpulsen die Bohrkrone in Bohrrichtung voran. Die aus dem Versenkhammer ausströmende Antriebsluft wird durch den Raum zwischen Außen-und Innenrohr zur Bohrkrone geleitet, kühlt diese und räumt zugleich das Bohrklein beiseite.
Anstelle von Druckluft kann für den Antrieb des Versenkhammers aber auch unter Druck stehende Flüssigkeit, beispielsweise Spülflüssigkeit, verwendet werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, zusammen mit der Druckluft unter Druck stehendes Wasser und/oder schaumbildende Stoffe zu injizieren, um das Bohrklein bei Wasserzufluß (in feuchten Schichten) im Bohrloch wirksam auszuspülen.
Zum Durchdringen von hartem Kristallingestein wird die Bohrkrone vorteilhafterweise als Warzenkrone ausgebildet. Für das Durchbohren von weichem bis mittelhartem Gestein werden dagegen Keilkronep als Bohrkrone verwendet.
Die Erfindung wird anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert. Ein Doppelkernrohr besteht aus einem Außenrohr 5, in dem ein Innenrohr 4 auf Rollenlagern 15 um die Bohrachse drehbar gelagert angeordnet ist. Das Außenrohr 5 dreht eine Bohrkrone 1, die mit Hartmetallhöckern besetzt sein kann (Warzenkrone), um längere Standzeiten beim Durchdringen von Kristallingebirge zu erhalten.
Das Doppelkernrohr ist über einem als Vielkeilwelle ausgebildeten Außenrohrkopf 7 mit einem Mantelrohr 10 verbunden, in dem ein Versenkhammer 9 angeordnet ist, der mittels Druckluft betrieben wird. Im Mantelrohr 10 ist ferner eine Regeldüse 12 und ein Ventil 11 vorgesehen, über welche der Versenkhammer 9 mit Druckluft versorgt und selbsttätig gesteuert wird. Die Druckluft wird über das an einem konischem Gewinde 14 befestigte Bohrgestänge zugeführt. Die dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung arbeitet wie folgt: Über das am Gewinde 14 am Anschlußkopf 13 angeschlossene nicht gezeichnete) Bohrgestänge wird das Mantelrohr 10 und das über die Vielkeilwelle 7 mit dem Mantelrohr 10 verbundene Doppelkernrohr in eine drehbare Bewegung versetzt. Die Bohrkrone 1 am Außenrohr 5 bewegt sich mit einer Drehzahl, die zwischen 10 und 100 Umdrehungen/min. liegt. Da das Innenrohr 4 am Innenrohrkopf 6 auf Rollenlagern 15 drehbar gelagert ist, teilt sich diesem die Drehbewegung des Außenrohres 5 nicht mit.
Die Bohrkrone 1 führt eine Drehbewegung aus, die aber zugleich von axial gerichteten Schlagimpulsen des Versenkhammers 9 überlagert wird. Die Bohrkrone schneidet aus dem Bohrgrund einen Bohrkern aus, der durch den Bohrfortschritt in das Innenrohr 4 des Doppelkernrohres gedrückt wird. Die Schlagfrequenz des Versenkhammers kann zwischen 500 bis 2500 Impulsen/min. liegen, wobei ein Wert zwischen 800 bis 1000/min. bevorzugt wird. Am Innenrohr 4 ist eine Kernfanghülse 2 und ein Kernfangring 3 vorgesehen, welche den Bohrkern in das Innenrohr 4 leiten bzw.
beim Emporziehen des Bohrgestänges aus dem Bohrloch im Innern des Innenrohres 4 festhalten. Das Innenrohr besteht aus zwei Schalen, die auseinander geklappt werden können, um den Bohrkern ohne Schaden aus dem Innenrohr 4 bergen zu können.
Die Druckluft wird über das Ventil 11 und die Regeldüse 12 in die Antriebsvorrichtung des Versenkhammers 9 geleitet. Die aus dem Versenkhammer austretende Kraft strömt über ein Ventilröhrchen 8 und einen Kanal 16 in den Raum zwischen Innenrohr 4 und Außenrohr 5 und entweicht im Bereich der Bohrkrone 1 aus dem Doppelkernrohr, wobei sie anfallendes Bohrklein beiseite räumt und zugleich die Bohrkrone kühlt. Zusätzlich mit der Druckluft kann unter Druck stehendes Wasser und/oder schaumbildende Stoffe injiziert werden, um das bei Wasserzufluß in feuchten Schichten im Bohrloch anfallende Bohrklein wirksam ausspülen zu können.
Doppelkernrohre können mit verschiedenem Durchmesser ausgerüstet sein, wobei an das Rohrgestänge je nach Bedarf ein Doppelkernrohr mit vorgebbaren Abmessungen gekoppelt werden kann.
Die Größe des Versenkhammers im Mantelrohr 10 sowie die Schlagimpulsfrequenz richten sich nach dem Durchmesser des benutzten Doppelkernrohrs.
Die Drehzahl des Außenrohres 5 ist den Gebirgsverhältnissen anzupassen und liegt bevorzugt zwischen 10 bis 100/min.
Da das Innenrohr 4 am Innenkopfrohr 6 in Rollenlagern 15 gelagert ist, kann es in geteilter bzw. aufgeklappbarer Ausführung konstruiert und zum Einsatz gebracht werden. Auf diese Weise können die Bohrkerne unbeschädigt aus dem Innenrohr 4 geborgen werden. Alle Schraubverbindungen der Vorrichtung sind mit einem speziellen konischen Gewinde versehen, das die Schlagimpulse überträgt, ohne daß Schäden an den Gewindeflächen auftreten.
Bezugszeichenliste 1. Bohrkrone 2. Kernfanghülse 3. Kernfangring 4. Innenrohr 5. Außenrohr 6. Innenrohrkopf 7. Vielkeilwelle 8. Ventilröhrchen 9. Versenkhammer 10. Mantelrohr 11. Ventil 12. Regeldüse 13. Anschlußkopf 14. Gewinde 15. Rollenlager 16. Kanal Leerseite

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Bohrkernen (1) Patentansprüche 1. Verfahren zur Gewinnung von'Bohrkernen, wobei der Bohrkern durch ein drehendes, mit einer Bohrkrone versehenes Außenrohr eines Doppelkernrohres geschnitten und in einem nichtdrehenden Innenrohr des Doppelkernrohres aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehbewegung des Außenrohres (5) axial wirkende Schlagimpulse überlagert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der axialen Schlagimpulse ein pneumatischer Versenkhammer (9) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der axialen Schlagimpulse ein hydraulisch angetriebener Versenkhammer (9) verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Versnkhammer (9) ausströmende Luft als Spülmittel zur Bohrkrone (1) geführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Hydraulikflüssigkeit zum Antrieb des Versenkhammers (9) Spülflüssigkeit verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich der axialen Schlagimpul--i se zwischen 500 min 1 und 2500 min 1, vorzugsweise zwischen 800 min 1 und 1000 1 liegt.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem an seinem einen Ende mit einer Bohrkrone versehenen Außenrohr eines Doppelkernrohres, das mit einem Mantelrohr am Ende eines Bohrgestänges drehfest verbunden ist und mit einem im Außenrohr frei drehbar gelagerten Innenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (5) im Mantelrohr (10) längsverschieblich ist und daß auf dem Außenrohrkopf ein Versenkhammer (9) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (1) eine Warzenkrone ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (1) eine Keilkrone ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (4) aus zwei Halbschalen besteht.