DE3248690A1

DE3248690A1 - Bohranlage

Info

Publication number: DE3248690A1
Application number: DE19823248690
Authority: DE
Inventors: Jag&scaron;imurad A. Chod&scaron;akuliev; Robert A. Ismailov; Vaid A. Kerimov; Aman A&scaron;chabad Orasov
Original assignee: TURKMENSK NI GEOLOGORASVEDOC
Current assignee: TURKMENSK NI GEOLOGORASVEDOC
Priority date: 1982-05-11
Filing date: 1982-12-30
Publication date: 1983-11-24
Also published as: FR2526851B1; JPH0223672B2; AU9116982A; AU550578B2; SU1105598A1; DE3248690C2; FR2526851A1; JPS58195688A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich-auf Bohranlagen zur Herstellung von Bohrungen nach dem Drehbohrverfahren, genauer auf Bohranlagen zur Herstellung von Bohrungen zur Wasserversorgung und Drainage. \ j Bohranlagen der erwähnten Bauart können weite Anwendung im BJergbau und im Bauwesen, in der Landwirtschaft und Mel^liprationswirtschaft zur Herstellung von Bohrungen unter verschiedenen hydrogeologisöhen Bedingun-

IO gen finden· [ Γ J.

Am zweckmässigsten ist die Verwendung der erfin-

jäuagsgeaäeeen Erfindung für die Herstellung ^:von Bohrungen kur Wasserversorgung und Drainage unter hydrogeologischen Bedingungen, die durch lockere, instabile, schwimmende Gesteine und hohe Grundwasserlagerung gekennzeichnet sind. I Zur Erhöhung der Förderrate und Verlängerung der Betriebsdauer jeiner Bohrung werden leistungsfähige Kiesfilter eingebaut, was wiederum die Herstellung von Bohrungen grosaeri Durchmessers voraussetzt· * \ Bei dem modernen Stand der Technik erfolgt die Herstellung v/on Bohrungen zur Wasserversorgung und Draina-

ge vorwiegend nach zwei Verfahren- einem mit Direkt- und\einem mft Rückspülung. Bei der Direktspülung wird die Bohrspülung, beispielsweise unter Anwendung '.von Tonspülung^bzw· Klarwasserspülung, mit Hilfe der Bohrpumpe über die Gestängerohre auf die Bohrlochsohle* gepresst, und das abgebohrte Gestein (Bohrschlamm) wird mit Hilfe der Bohrspülung als Trübe durch den Ringraum der Bohrung auf die Oberfläche gefördert, wobei die Tonspülung und .

der Bohrschlamm in die Poren der Bohrlochwände eindringen und hierdurch die wasserführenden Schichten koimatieren kann. Nach dem abgeschlossenen Bohren und Ausrüsten dieser Bohrungen sind längere Auspumpungen zur Bohrlochspülung und Reinigung der wasserführenden Schichten vom Kolmatationsmittel erforderlich»

Das Anwendungsgebiet des Verfahrens mit Direktspülung ist durch Möglichkeiten der Pumpausrüatangöii begrenzt, ausserdem nimmt die Geschwindigkeit der Trübenzirkulation im Ringraum mit dem grosser werdenden Bohrloch-

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"" 6 - eine

durchmesser ab, und es findet/mehrfache Zerkleinerung des abgebohrten Gesteins infolge der sonst unmöglichen Hochfuhrung von grösseren Schlämmteiloheη bei niedrigen Geschwindigkeiten der !Grubenförderung von der BohrIochsohle statt.

Beim Bohren mit Rückspülung ist der Bohrlochdur chraess er praktisch nicht begrenzt, weil das abgebohrte Gestein in Form von grossen Stücken und Schlamm über die Gestangerohre transportiert wird, deren Durchmesser beträchtlich kleiner als der Bohrlochdurchmesser ist« Jedoch ist das Anwendungsgebiet der Rückspülung durch hydrogeologische Bedingungen beschränkt, und dieses Verfahren ist nicht anwendbar in lockeren, instabilen Gesteinen mit hoher Grundwasserlagerung· Unter diesen Bedingungen ist die Schaffung eines

hydrostatischen Überdrucks auf die Bohrlochwände während des Bohrvorgangs in Hohe von nicht weniger als 0,3 atü erforderlich, was jegliche Komplikationen vermeiden lässt. Bekannt sind Bohranlagen zum Drehbohren von Bohrungen, die zur Wasserversorgung und Drainage bestimmt sind, welche eine Bohrpumpe/ einen Gestangewirbei

mit einem Führungsrohr und einem vertikalen Bohrgestänge, der mit dieser Pumpe verbunden ist, sowie ein Bohrwerkzeug einschliessen· Zwecks Rückspülung ist bei den bekannten Bohranlagen in der Konstruktion des Führungsrohrs, des Bohrgestänges oder auf der Plattform der Bohranlage eine Wasserstrahlpumpe angeordnet, die mit einer Zuführungsleitung verbunden ist.

In den bekannten Bohranlagen wird die Bohrspülung durch den Gestängewirbel und die Zuführungsleitung an die Wasserstrahlpumpe und aus dieser in die Gestängerohre in jTorm von einzelnen Strahlen oder eines ununterbrochenen Ringstrahls gepresst, wobei dank dem entstandenen Unterdruck die Gicübe auf die Oberfläche steigt und über das Bohrgestänge, den Gestängewirbei, den Trübenablaufschlauch in einen Sumpf gelangt, wo der Bohrschlaram aus der Trübe als Niederschlag ausfallt und die Bohrspülung erneut in den Ringraum der Bohrung überströmt, der mit dem Sumpf in Verbindung steht.

Ein Nachteil der bekannten Anlagen ist ihr niedriger Wirkungsgrad, der den Wasserstrahlpumpen eigpn ist, die instabile Arbeit und!unmögliche Transportieren- von grösseren Teilen des abgebohrten Gesteins sowie öftere. Zirkulations-Unterbrechungen, die die gesarate Leistungsfähigkeit herabsetzen.

Bekannt ist ferner eine Anlage mit druckluftbewirktem Abpumpen· Die Anlagen dieses Typs sind mit einem Verdichter zur Druckluftzuführung über eine Pumpendruckleitung zum Gest'angewirbel versehen, und der Gestängewirbel ist über ein Führungsrohr mit dem Bohrgestänge verbunden, das mit einem Luftzuführungsrohr und einer Mischkammer versehen ist, der Druckluft zur Belüftung der Flüssigkeitssäule im Bohrgestänge zugeführt wird, wobei dank der Druckdifferenz im Innenraum der Gestängerohre und im Ringraüm das Steigen der Trübe auf die Oberflache über den Gestängewirbel in den Sumpf erfolgt, während die Bohrspülung aus diesem in den Eingraum fliesst.

Bei der Anwendung des Air-Lift-Yerfahrens der RÜckspülung werden die ersten 9-12 Bohrungen mit Hilfe von anderen Systemen der Trübenabpumpung gebohrt^ beispielsweise mit Hilfe von Wasserstrahlpumpen oder eines Vakuurasaug- -Abpumpsystems sowie durch Bohren mit Schnecken von grössereu Durchmessern in stabilen Gesteinen. _:

Ein gemeinsamer Nachteil der bekannten Bohranlagen ist ihr beschränkter Einsatz unter verschiedenenIhydrogeologischen Bedingungen und ihre Komplettierung mit einer Vielzahl von Bohrwerkzeugen verschiedener Typenmaße, deren Auswechslung unter beträchtlichem Arbeite-und Zeitaufwand infolge der Durchführung von Ein- und Ausbauarbeiten zum Auswechseln des gesteinzerstörenden Bohrwerkzeugs erfolgt, ;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohranlage zu schaffen, die ein effektives Bohren beim Herste1-len von Bohrungen unter deren Intervallerweiterung dank An»*· wendung von zwei Spülungssystemen - Direktspülung zur Befestigung der Bohrlochwande in der ßohrlochmundzone und Erhöhung de fs hydrostatischen Druckes auf die Bohrlochwande beim Bohren in unproduktiven und instabilen Gesteinen

und Rückspülung beim Bohren in wasserführenden Schiebten ohne Ausbau des Bohrwerkzeugs gewahrleistet.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, dass in der Bohranlage zum Drehbohren von Bohrungen, die vorwiegend zur Wasserversorgung und Drainage bestimmt sind, welche ein vertikales Bohrgestange einschliesst, das in seinem unteren Teil mit einem Bohrwerkzeug, versehen ist, dessen oberer Teil mit einem Gestängewirbel verbunden ist, der mit einer Bohrpumpe und einem Verdichter zur Zirkulation der Bohrspülung in der Bohrung in Verbindung steht, erfindungsgemäas das Bohrwerkzeug mit zumindest zwei Brweiterungspratzen versehen ist, die an einer zylindrischen Stütze starr befestigt sind, die exzentrisch um die Gestängerohre drehbar an FuhrungsStirnwändeη des Bohrwerkzeugs angebracht ist, die mit einer Exzentrizität an den GeStangerohren starr befestigt sind und gemeinsam mit der zylindrischen Stutze ein Gehäuse der Erweiterungspratzen bilden, wobei die zylindrische Stütze zur Fixierung in zumindest zwei relativ zu den Gestängerohren exzentrischen Lagen geeignet ist, in denen die Ervve iterungspratzen auf verschiedene Bohr durchmesser eingestellt werden, und der Gestangewirbel für das Umschalten von der Direktspülung beim Herstellen von Bohrungen kleineren Durchmessers auf Rückspülung beim Herstellen von Bohrungen grösseren Durchmessers ohne Ausbau des Bohrwerkzeugs geeignet ist. Diese Ausführung der Bohranlage gestattet es, den Wirkungsgrad und die Leistung der Bohranlage um das 1,3-bis 1,5-fache zu erhöhen und Bohrungen unter komplizierten hydrogeologischen Bedingungen zu

JO gewahrleisten.

vorzugsweise ist der Gestangewirbel, der mit der Bohrpumpe über einen Druckstutzen in Verbindung steht und mit einem Ablaufstutzen versehen ist, erfindungsgemäss mit einem Ventil versehen, das in Gestalt eines Zylinders mit einem in dessen Innerem angeordneten Kolben ausgeführt ist,'der mit dem Druck- und dem Ablaufstutzen verbunden ist, wahrend im Zylindergehäuse Schlitze ausgeführt sind, die im Wechsel vom Kolben in seinen zwei Endlagen abgedeckt werden, von denen er die ei no beim Bohren mit Direkt-

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spülung einnimmt, wobei der Druckstutzen üb;er den Zylinder und den Gestangewirbel mit dem Bohrgestänge in Verbindung gesetzt wird, während er seine andere Lage beim Bohren mit Rückspülung einnimmt, wobei das Bohrgestänge über den Gestangewirbel und den !Zylinder mit dem Ablauf stutzen in Verbindung gesetzt wird. Diese Ausführung des Gestängewirbels gewährleistet das automatische Umschalten des Bohrwerkzeugs von der Arbeit unter Direktspülung auf die Arbeit unter Rückspülung und umgekehrt.

Es empfiehlt sich, das Bohrwerkzeug mit drei Erweiterungspratzen zu versehen, die praktisch gleich entfernt voneinander liegen, von denen die eine um zumindest den Exzentrizitätsbetrag grosser als die beiden anderen ausgeführt ist, wobei die zylindrische Stütze der Erweiterungspratzen in einer Lage fixierbar ist,

bei der die grösste Erweiterungspratze^;auf einer Linie mit dem kleinsten Drehhalbmesser des Gehäuses des Bohrlocherweiterers und in einer anderen Lage auf einer Linie mit dem grö'ssten Drehhalbmesser des Gehäuses des Bohrlocherweiterers zu liegen kommt· Dies gewahrleistet den optimalen Betrieb der Erweiterungspratzen.

vorzugsweise ist ferner zur Fixierung der zylindrischen Stütze der Erweiterungspratzen in deren Innerem eine Stoppvorrichtung, die mit den GestSngerohren starr verbunden ist, sowie ein abgefederter Feststeller angeordnet, und der innere Teil der zylindrischen Stütze ist in Gestalt eines Sperrads mit zumindest zwei Anschlägen ausgeführt, die diametral entgegengesetzt liegen und mit dem Feststeller zusammenwirken, wobei einer der An-

zQ schlage praktisch auf einer Linie mit der grössten Erweiterungspratze anzubringen ist· Diese Konstruktion gewährleistet eine zuverlässige Fixierung der Erweiterungs" pratzen in optimalen Lagen. '

Es empfiehlt sich, dass in der Bohranlage, in der das Bohrgestänge mit einem Luftzuführungsrohr versehen ist, das an dem einen Ende über den Gestangewirbel mit dem Verdichter^u?an seinem anderen Ende mit einer Mischkammer zum Druckluitheben der Trübe in Verbindung steht, die Mischkammer, die im Innern des Gehäuses des Bohrlocherweiterers

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ausgeführt ist, mit dem Innenraum der Gestä'ngerohre verbunden ist, und das Luft zuführung sr ohr mit dem Innenraum des Gehäuses des Bohrlocherweiterers zusätzlich im Verbindung gesetzt ist, der mit einem Verteilungsventil versehen ist, das bei der Arbeit mit Direktspülung das Luftzuführungsrohr mit dem Innenraum des Gehäuses des Bohrlocherweiterers zur Druckluft^iafuhrung zum ßingraum in Verbindung setzt, während es bei der Arbeit mit Rückspülung das Luftzuführungsrohr mit der Mischkammer zur Druckluft zuführung zum Innenraum der Gestä'ngerohre verbindet. Dies gewährleistet die Kontrolle über die Zirkulationsweise der Bohrspülung und den Bohrdurchmesser sowie gestattet es, während des Bohrens die Spülverfahren zu wechseln und den Bohrdurchmesser unter Gewährleistung eines Nebeneffektes in Form der Trübenbelüftung im Ringraum bei der Direktspülung zu kontrollieren.

Vorzugsweise ist an der Innenfläche der zylindrischen Stütze der Erweiterungspratzen ein ringförmiger Vorsprung ausgeführt, der zumindest zwei aneinandergrenzende Abschnitte verschiedener Höhe aufweist, an deren Grenzstelle Anschläge zur Zusammenwirkung mit der Stoppvorrichtung angebracht sind, während an der Aussenfläche des Feststellers der Stoppvorrichtung eine Nut ausgeführt ist, durch welche der mit ihr zusammenwirkende ringförmige Vorsprung tritt, wobei das Verteilungsventil in der Stoppvorrichtung angeordnet und mit dem Feststeller auf eine solche Weise verbunden ist, dass beim Kontakt des Feststellers mit einem der Vorsprünge das Verteilungsventil die Druckluftzuführung über das Gehäuse des Bohrlocherweiterers zum Ringraum, beim Kontakt mit dem anderen Vorsprung aber die Druckluftzuführung zum Innenraum der Gestän&erohre gewährleistetist.

Diese Blockierung des Verteilungsventils erhöht die Zuverlässigkeit der Kontrolle über den Bohrdurchmesser und die Zirkulationsweise der Bohrspülung.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung von konkreten

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Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf

Zeichnungai erläutert.
Es zeigt:

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Bohranlage, gemäss der Erfindung;

"* ° eines

Fig. 2 eine Gesamtansicht / Bohrwerkzeugs, im Längsschnitt;

Fig. 5 einen Gestängewirbel mit teilweisem Schnitt, ausgeführt gemäss der Erfindung, mit einem Innenventil; Fig. 4 ein Yentil, aussen am Gestängewirbel befestigt; Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 2. Die erfindungsgemässe Bohranlage schliesst eine Bohrpumpe 1 (Fig. 1), einen Verdichter 2, einen Gestänge"

wirbelT? ein, der mit der Pumpe 1 und dem Verdichter 2 durch Druckstutzen 4, 5 und 5» verbunden ist. Der Gesta'ngewirbel 3 ist mit einem Führungsrohr 6 verbunden, und das Führungsrohr ist in einem Drehorgan 7 angeordnet und mit einem Bohrgestänge 8 verbunden. An das Bohrgestänge 8 ist ein Bohrwerkzeug 9 angeschlossen. Das Bohrgestänge 8 ist mit einem Luft zuführung sr ohr 10 ν er- ■ sehen.

Das Bohrwerkzeug 9 ist mit einem Vorbohrer 11 und ■ mit zumindest zwei Erweiterungspratzen 12, 13 versehen, die an einer zylindrischen Stütze 14 (Fig. 2) starr befestigt sind, die exzentrisch um Gestängerohre 15, 15»

drehbar in Stütznuten 16 angeordnet sind, die in Führungsstirnwänden 1^17' aasüa^iiarb sind, die an den Gestängerohren 15, 15» mit einer Exzentrizität relativ zur Drehachse der Gestängerohre starr befestigt sind, ^O Die Erweiterungspratzen können mit schneidenden, rollenmeisselartigen bzw. anders gebauten Arbeitselementen Unterschiedlicher Abmessungen versehen sein.

Die Befestigung der Erweiterungspratzen an der zylindrischen Stütze kann abnehmbar ausgeführt sein, Die zylindrische Stütze 14 bildet gemeinsam mit am Führungsstirnwänden 1? ein Gehäuse eines BohrIoeherweiterers 18.

Der Gestängewirbel 3 ist in einer der Ausführungsformen mit einem Ablaufstutzen 19 (Fig. 3) und einem Ventil

vorsehen, das sich im Innern des Gestä'ngewirbels 3 be~ findet. Das Ventil 20 ist in Gestalt eines Zylinders 21 mit einem Kolben 22 ausgeführt. Im Zylinder 21 sind Schlitze 23 und 24· zur Verbindung des Ventils 20 mit dem Innenraum des Gestängewirbels 3 und mit dem Innenraum des Ablaufstutzens 19 vorgesehen. Das Ventil 20 ist mit einem Deckel 25 und einer Feder 26 versehen. Unter der Einwirkung der Feder 26 wird der Kolben 22 in der oberen Endlage festgehalten, bei der der Innenraum des Gestängewirbels 3 mit dem Innenraum des AblaufStutzens über die Schlitze 23 und 24 in Verbindung steht.

Bei der Zuführung der Bohrspülung von der Pumpe 1 über den Druckstutzen 4 zum Innenraum des Ventils 20 über dem Kolben 22 verschiebt sich der Kolben 22 in die untere Endlage, bei der der Schlitz 24 abgedeckt ist und der Innenraum des Ventils 20 über den Schlitz 23 mit dem Gestängewirbel 3 und dem Bohrgestange 8 in Verbindung steht.

In einer weiteren Variante der Ventilanordnung (Fig.4) ist ein Ventil 27,.· am Gehäuse des Gestängewirbels 3<aussen> befestigt und besitzteinen Zylinder 28 mit einem Kolben und Schlitzen 30, 31, einem Ablaufstutzen 32 und einem abgefederten Rückschlagventil 33, das im Kolben 29 angeordnet ist.

Die Ausführungsform, bei der der Gestängewirbel 3 mit einem Ventil 20 bei Innenanordnung und einem Ventil bei der Befestigung des Ventils aussen am Gestängewirbel versehen ist, gewährleistet das Umschalten des Gestä'ngewirbels auf verschiedene Betriebsarten - Direkt- und Rückspülung - gleichzeitig mit dem Ein- bzw. Abschalten der Bohrpumpe 1, was seinerseits unproduktiven Aufwand für Hilfsoperationen des Umschaltens der Ausrüstungen auf verschiedene Zirkulationsweisen der Bohrspülung aus" schliesst.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Bohrwerkzeug (Fig. 5) mit drei Erweiterungspratzen 34, 35, 35' versehen von denen, die eine /34/ zumindest um den Exzentrizitätsbetrag des Gehäuses des Bohrlocherweiterers 18 grosser als die beiden anderen /f>^_% 35'/ ist, wobei sie praktisch

gleich, entfernt voneinander an einer zylindrischen Stütze angebracht sind, was eine vollkommene Ausnutzung der Exzentrizität des Gehäuses des Bohrlocherweiterers 18 ermöglicht und eine Erhöhung des Bohrlochdurchmessers von einer kleineren auf eine größere Grosse um den Exzentrizitätsbetrag bei der Bedingung gewährleistet, dass die grösste Erweiterungspratze 34 in einer Lage auf einer Linie mit dem kleinsten Drehhalbmesser der Fülirungsstirnwände 17 fixiert wird, wie dies in Pig.

dargestellt ist, was dem kleinsten Durchmessfer des Bohrlocherweiterers 18 entspricht, während sie in / anderen Lage auf einer Linie mit dem grössten Drehhalbmesser des Gehäuses des Bohrlocherweiterers 18 fixiert wird, was dem grössten Durchmesser des Bohrlocherweite'rers ent-

spricht· ^;

Die Bedingung der Übereinstimmung der grössten Erweiterungspratze mit den Linien des kleinsten und des grössten Drehhalbmessers des Gehäuses des Bohrlocher"

die

weiterers 18 wird durch jeweilige !Fixierung der zylindrisehen Stütze 14 der Erweiterungspratzen erfüllt, deren Innenfläche in Gestalt eines Sperrads mit zumindest zwei Anschlägen 356 und 37 (Hg. 5) ausgeführt ist;, die diametral entgegengesetzt zueinander liegen, wobei einer der Anschläge /36/ vor der grössten Erweiterüngspratze ^ angeordnet ist·

Im Innern des Gehäuses des Bohrlocherweiterers ist eine Mischkammer 38 (Fig, 2) angeordnet,:die von einer Seitenwand 39 des Mischers, den Gestängerohren 15 und den Pührungsstirnwäaden 17, 17· gebildet ist| an denen die Seitenwand 39 befestigt ist, und zwar beispielsweise an der oberen Führungsstirnwand 17 starr unlösbar, an der unteren Führungsstirnwand 17* aber mittels einer Schraubenverbindung 40, was den Abbau des Mischers und des Gehäuses des Bohrlocherweiterers 18 ermöglicht sowie die Eegelungs" möglichkeit der Beweglichkeit der zylindrischen Stütze 14 in den Stütznuten 16 dank Regeleinlagen ermöglicht, die an Stelle der Schraubenverbindung 40 angebracht;sind.

Im Innern des Gehäuses des Bohrlocherweiterers 18 ist an der Seitenwand des Mischers 39 eine Stoppvorrichtung

starr befestigt, die einen abgefederten Feststeller 42 besitzt, der in einem Gehäuse 43 untergebracht ist. Das Gehäuse 43 weist Bohrungen 44 und 45 auf, und der Peststeller 42 ist mit einer Susseren Ausdrehung 46 ausge" führt.

Das Gehäuse 43 der stoppvorrichtung ist mit dem Luftzuführungsrohr 10 des Bohrgestanges 8 über einen Stutzen 47 und einen Kasten 48 in Verbindung gesetzt, der am Gehäuse und an der Führungsstirnwand 17 starr befestigt ist.

In der Seitenwand des Mischers ist eine Bohrung 49 zur Verbindung der Mischkammer 38 mit dem Luftzuführungsrohr 10 über den Stutzen 47, den Kasten 48 und die Bohrung 44 im Gehäuse 43 ausgeführt.

Die Gestängerohre 15, 15» bilden mit ihren inneren Ringabschnitten gemeinsam einen Ringejektor 5O.

Im Innern des Feststellers 42 ist ein Verteilungsventil 51 untergebracht, das in Gestalt eines hohlen Kolbens ausgeführt ist, der zusammen mit dem Feststeller 42 durch eine Feder abgefedert ist. Das Verteilungsventil 51 dient zur Verbindung des Stutzens 47 mit der Mischkammer 38, dem Ejektor 50 über den Kasten 48, die Bohrung 44, den Innenraum des Gehäuses 43 und die Bohrung 49 sowie zur Verbindung des Stutzens 47 über den Kasten 48, die Bohrung 44, die Ausdrehung 46_f die Bohrung 45 mit dem Innenraum des Bohrlocherweiterers 18, und von diesem aus über Bohrungen 52, die in der oberen Führungsstirnwand ausgeführt sind, mit der Atmosphäre.

Die zylindrische Stütze 14 der Erweiterungspratzen ist an ihrer Innenfläche mit einem ringförmigen Vorsprung versehen, der zumindest zwei aneinandergrenzende Abschnitte 53, 54 verschiedener Höhe aufweist. Die Gr en ζ st elle'der Abschnitte 53, 54 fallen mit der Anordnung der Anschläge 36, 37 zusammen, die ebenfalls mit verschiedener Höhe ausgeführt sind, und der Anschlag 36 der kleinsten Hölie liegt im ringförmigen Btidbe.il dee Abschnitts 53 mit der grössten Höhe, während der Anschlag 37 der grössten Höhe (Fig. 5) im Endteil des Abschnitts des Vorsprungs 54 mit der kleinsten Höhe angeordnet ist.

Diese .Anordnung und Ausführung der Anschläge und Vorspränge gestattet es, die Lagen des Verteilungsventils durch eine Nut 55 zu blockieren, die an der Aussenflache des Feststellers 42 ausgeführt ist.

Die Bohrungen für die Wasserversorgung und Drainage werden meist mit einer Tiefe von nicht mehr als 100 m gebohrt, in den Folien, da eine Erweiterung des Bohrlochprofils unterhalb 100 m erforderlich ist, geschieht die Kontrolle über die Einstellung der Erweiterungspratzen auf den grössten Durchmesser mit Hilfe eines zusätzlichen Stutzens 5». .

Hierzu werden die oberen Sektionen des* Bohrgestänges 8 mit Doppelrohren 10 versehen undIwird in das Bohrgestänge ein zusätzlicher Mischer einmontiert, der mit dem Gestängewirbel 3 in Verbindung steht, der über den zusätzlichen Stutzen 5' mit dem Verdichter 2 verbunden ist» Der stutzen 5 ist mit der Bohrpumpe 1 verbunden.

Die Kontrolle über den Bohrdurchmesser,, erfolgt durch Zuführung der Bohrspülung über das Luftzuführungsrohr 10 zum Stutzen 47 und aus diesem ins Innere des Bohrgestänges ⁸ über die Mischkammer 38 und den Ejektor 50 und aus dem Bohrgestänge 8 auf die Oberfläche, wodurch die Rückspülung wiederaufgenommen wird, was dem grösseren Durchmesser des Bohrwerkzeugs entspricht, oder die Bohrspülung wird in den Innenraum des Gehäuses des Bohrlocherweiter er s 18 über den Stutzen 4-7, die Bohrung 44_f die* Ausdrehung 46 _# die Bohrung 45, und dann aus dem Gehäuse des Bohrlocherweit er er s 18 über die Bohrung 52 in den Ringraum, d.h. auf die Oberfläche über den Ringraum gepresst, wodurch die Direktspülung wiederaufgenommen wird, was dem kleineren Durchmesser des Bohrwerkzeugs entspricht.

Die Arbeit der Bohranlage besteht in folgendem. Die Bohranlage wird auf die Bohrstelle gebracht, und es findet die Montage der Bohranlage statt, -die das Heben des Anlagenmastes, das Einsetzen des Führungsrohrs in das Rotor-Drehorgan, die Befestigung «m Führungsrohr 6 des Bohrwerkzeugs 9 umfasst, das in der Lage der Erweiterungspratzen 34·_f 35, 35» eingestellt ist, die dem kleinsten Durchmesser des Bohrwerkzeugs 9 entspricht. Das

Bohrwerkzeug 9 wird in eine im voraus ausgehobene Vertiefung eingeführt, die mit einem ebenfalls im voraus ausgehobenen Sumpf in Verbindung steht, der mit einer Bohrspülung (Klarwasserspülung) gefüllt ist, Nach dem Einführen des Bohrwerkzeugs 9 in die erwähnte Vertiefung wird die Bohrpumpe 1 eingeschaltet, deren Saugschlauch in den Sumpf mit der ELarwasserspülung getaucht ist, wobei die Bohrspülung aus dem Sumpf über die Pumpe 1 und den Druckstutzen 4 des Ventils 20 (bzw«27) gepresst wird, und die Direktspülung beginnt.

Nach dem Anschluß der Direktspülung wird die Drehung des Bohrwerkzeugs eingeschaltet, und es beginnt das Bohren des Mundteils einer Bohrung 5& geringen Durchmessers, wobei die Bohrspülung, die im Kingraum hochsteigt, den Bohrschlamm austrägt, der bei seiner Beförderung nach oben von der Bohrlochsohle aus in die Bohrlochwände teilweise eindringt und unproduktive Gesteinsschichten kolmatiert·

Der Bohrschlamm wird zusammen mit der Bohrspülung als Trübe auf die Oberfläche ausgetragen und dem Sumpf zugeleitet, in dem der Bohrschlamm als Niederschlag ausfällt, während die Bohrspülung über die Bohrpumpe 1 und den Gestängewirbel3 erneut dem Bohrgestänge 8 zugeführt und aus diesem als Trübe auf die Oberfläche gefördert wird, wobei das Ventil 20 (bzw· 27) den Druckstutzen 4· über die Schlitze 23 bzw· 30 mit dem Gestängewirbel 3 verbindet.

Der Prozess des Drehbohrens einer Bohrung geringen Durchmessers unter Direktspülung wird: bis zum wasserführenden Horizont fortf^ wo die Erweiterungspratzen 34, 35, 35» auf den grössten Durchmesser umgestellt werden müssen.

Beim Bohren des Mundteils 56 der Bohrung mit dem Bohrwerkzeug 9 geringen Durchmessers lässt sich bei Bedarf eine Rückspülung durchführen. Diese Operation wird beim Bohren in zähen und dichten Gesteinen zur Vermeidung oder Abwendung der Enstehung von Schlammstopfen und zur Reinigung der Bohrlochsohle von Schlamm durch kurzzeitige Einschaltungen der fiückspülung bei nichtrotierendem

Bohrwerkzeug durchgeführt» Hierzu wird der Verdichter 2 gestartet, von dem die Druckluft zum Gesta'ngewirbel 3 zugeführt wird, während die Bohrpumpe 1 und das Rotor- -Drehorgan 7 abgeschaltet sind. Aus dem Gestängewirbel 3 wird die Druckluft über das Luftzuführungsrohr 10 und den Stutzen 47 dem Kasten 48 zugeleitet, und aus dem Kasten 48 gelangt die Druckluft über die Bohrung 44 im Gehäuse der Stoppvorrichtung 41_f die Ausdrehung 46 und die Bohrung 45 in den Innenraum des Gehäuses des Bohrlocherweiterers 18 und aus diesem über die Bohrung 52 in den Ringraum.

Die Druckluft belüftet, indem sie in den Ringraum austritt die Trübe und kann zur Reinigung der Bohrlochsohle vom abgebohrten Bohrschlamm beitragen. Erreicht die Belüftung ihr Ziel nicht, kann zur Rückspülung übergegangen werden, wozu man) kurzzeitiges Einschalten der Drehung des Bohrwerkzeugs in der linken Rückwä'rtsrichtung veranlasst.

Hierbei werden die Erweiterungspratzen 34, 35, 35* innerhalb von 1 bis 1,5 Umdrehungen dank dem Widerstand an der Bohrlochsohle und an den Bohrlochwänden auf den grössten Durchmesser eingestellt, im Augenblick des Übergangs auf den grössten Durchmesser geht das Verteilungsventil 51 zusammen mit dem Feststeller, indem es mit dem Abschnitt 53 des ringförmigen Abschnitts über die Nut 55 zusammenwirkt, auf den Abschnitt 54 mit dem Vorsprung geringerer Höhe über. Zu diesem Zeitpunkt nimmt das Verteilung sventil 51 unter der !Federeinwirkung die andere Lage ein, die der Absperrung des Innenraums des Gehäuses äes Bohrlocherweiterers 18 vom Ringraum und der Verbindung des Luftzuführungsrohrs 10 mit der Mischkammer sowie der Anregung des luftbewirkten Rückumlaufs der Trübe entspricht ·

Nach der Reinigung der Sohle, die innerhalb einer kurzen Zeifc erfolgt, wird erneut die linke Drehung des Bohr·- Werkzeugs eingeschaltet, bei der die Erweiterungspratzen erneut ihre Ausgangsstellung einnehmen werdm; deren Kontrolle/durch Unterbindung der Rückspülung und am Austritt von Luftblasen im Ringraum vorgenommen werden.

Diese Kontrollmerkmale besagen, dass das Bohrwerkzeug erneut auf den kleinen Bohrdurchmesser eingestellt worden ist.

Bei der notwendig werdenden überführung des Bohr-Werkzeugs 9 auf den grössten Durchmesser wird der Verdichter 2 eingeschaltet, die Pumpe 1 abgestellt, wonach durch Drehung des Bohrwerkzeugs 9 in der Linksrichtung auf den grössten Durchmesser eingestellt wird, der durch den Rücklauf der Bohrspülung angezeigt wird. In dieser Zeit passiert der Feststeller 42 den Anschlag 36, wobei er dank dem Kontakt seiner Aussenflache mib der Führungsfläche des Anschlags 36 abgedruckt wird.

Durch Drehung zurück in Rechtsrichtung wird das Bohren des wasserführenden Teils der Bohrung 31 grösseren Durchmessers eingeleitet.

Während der Rückspülung gelangt die Bohrspülung aus dem Sumpf in die Bohrung und aus dieser über das Bohrgestänge ⁸ und den Gesta'ngewirbel 3 als Trübe über den Schlauch 58 in den Sumpf.

Hierbei setzt das Ventil 20 (bzw. 27) den Gestäjngewirbel 3 mit dem Ablaufstutzen 19 (bzw. 32) in Verbindung ·

Soll wiederum eine Bohrung kleineren Durchmessers hergestellt werden, so wiederholt man die Operationen der Umstellung des Bohrwerkzeugs auf den kleinen Durchmesser.

Nach dem abgeschlossenen Bohren wird das Bohrwerkzeug aus dem Bohrloch ausgebaut, und wenn die bohrlochsohlennahe Zone mit einer Erweiterung gebohrt wurde, so werden die Erweiterungspratzen 34·, 35, 35» zunächst durch Linksdrehung auf den kleinen Durchmesser vor dem Ausbau des Bohrwerkzeugs und Heraufholen desselben von der Bohrlochsohle umgestellt.

Das Bohren des Mundteils der Bohrung mit dem Bohrwerkzeug kleinen Durchmessers und mit der Direktspülung gewährleistet die Vermeidung des Einstürzens des Bohrlochmundes dank dem zunehmenden überdruck im Ringraum und der Befestigung der Bohrlochwände durch Tonteilchen des

abgebohrten Gesteins und Bohr schlämmt eilcheo.« die in die Gesteinsrisse und ~poren während des Bohren^ eindringen.

Mit dem Bohrwerkzeug kleinen Durchmessers und mit der Direkt spülung werden nur unproduktive Schichten, Bohrungen und deren Mundteil gebohrt. ]

Das automatische überführen der Bohranlage vom Betriebszustand mit Direktspülung zum Betrieb mit Rückspülung gestattet es, das Anwendungsgebiet jeder Betriebsart in Gestalt eines kombinierten Verfahrens unter Nutzung von positiven Paktoren und günstigen Kennwerten jeder Betriebsart für ein bestimmtes Bohrungsintervall zu erweitern. Beispielsweise werden unproduktive Profile mit einem Bohrwerkzeug kleinen Durchmessers gebohrt, was eine Steigerung der Bohrleistung und eine Senkung der Bohrkosten ermöglicht, während produktive Schichten mit einem Bohrwerkzeug grossen Durchmessers und mit indirekter Zirkulation der Bohrspülung gebohrt werden, ^!was die Förderrate der Bohrung erhöht und die Verklebung ihrer Wände durch die Tonspülung in der Zone der produktiven Schichten ausschliesst· .

Claims

PATENTANWÄLTE ZELLENTIN ^WEIBRÜC KENSTR. 15 UOOO MÜNCHEN 2 Turkmenskij nautschno-issledowatelskij 30. Dezember 1982 geologoraswedotschnyj institut Aschchabad / Sowjetunion RZ/Os P 91 239 BOHRANLAGE PATMTAHSPEUCHE

1. Bohranlage zum Dreh.boh.ren von Bohrungen, die vorwiegend zur Wasserversorgung und Drainage bestimmt sind, die ein vertikales Bohrgestänge /8/ einschliesst, das in seinem unteren Teil mit einem Bohrwerkzeug /9/ versehen ist, und mit j oberen Teil mit einem Gesta'ngewirbel /3/ verbunden ist, der mit einer Bohrpumpe /1/ und einem Verdichter /2/ zur Zirkulation der Bohrspülung in der Bohrung in Verbindung gesetzt ist, dadurch gekennz eichnet, dass das Bohrwerkzeug /9/ mit einem Bohrlocherweiterer mit zumindest zwei Erweiterung sprat z en /12, 13/ versehen ist, die an einer zylindrischen Stütze /1^/ starr befestigt sind, die exzentrisch um Gestängerohre /15, 15'/ an Eührungsstirnwänden /17, .1? V des Bohrwerkzeugs /9/ drehbar angebracht ist, die mit einer Exzentrizität an den Gestangerohren /15, 15^f/ starr befestigt sind und gemeinsam mit der zylindrischen Stütze /¹^/ ein Gehäuse eines Bohrlocherweiter er s Z"¹⁸/ bilden, wobei die zylindrische Stütze /14/ für die Fixierung in zumindest zwei relativ zu den Gestangerohren./15, 15V exzentrischen Lagen geeignet ist, in denen die Erweiterungß*

pratzen /12, I5/ auf verschiedene Bohrdurchmesser eingestellt werden, und der Gestängewirbel /3/ für das Umschalten von der Direktspülung beim Herstellen einer Boh-

rung kleineren Durchmessers /56/ auf Rückspülung beim

Herstellen einer Bohrung grösseren Durchmessers /57/ ohne Ausbau des Bohrwerkzeugs /9/ geeignet ist.

2. Bohranlage nach Anspruch 1, in der der Gestänge-Wirbel /3/ mit der Bohrpumpe /1/ über einen Druckstutzen / /4/ in Verbindung steht und mit einem Ablaufstutzen /19» 32/ versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gestängewirbel /3/ mit einem Ventil /20, 27/ versehen ist, das in Gestalt eines Zylinders /21, 28/ mit einem in dessen Innerem angeordneten Kolben /22, 29/ ausgeführt und mit einem Druckstutzen /4/ sowie mit einem Ablaufstutzen /19» 32/ verbunden ist, wobei im Zylindergehüuse Schlitze /23, 24; 30» 3V vorgesehen sind, die im Wechsel vom Kolben /22, 29/ in dessen zwei Endlagen abgedeckt werden, von denen er die eine beim Bohren mit Direktspülung einnimmt, wobei er den Druckstutzen /4/ über den Zylinder /21„ 28/ und den Gestängewirbel /3/ mit dem Bohrgestange /8/ in Verbindung setzt, während er seine andere Lage beim Bohren mit Rückspülung einnimmt, wobei er das Bohrgestange /8/ über den Gestängewirbel /3/ und den Zylinder /21, 28/ mit dem Ablaufstutzen /19, 32/ in Verbindung setzt.

3· Bohranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze ichnet, dass das Bohrwerkzeug /9/ mit drei Erweiterungspratzen /34-, 35» 35¹/ versehen ist, die praktisch gleich entfernt voneinander liegen, wobei die eine von ihnen zumindest um den Exzentrizitätsbetrag grosser als die zwei anderen ausgeführt ist und die zylindrische Stütze /14/ der .Erweiterungspratzen in einer Lage auf eine solche Weise fixiert wird, dass die grosste Erweiterungspratze /3V auf einer Linie mit dem kleinsten Drehhalbmesser des Gehäuses des Bohrlocherweiterers /18/ und' einer anderen Lage auf einer Linie mit dem grössten Drehhalbmesser des Gehäuses des Bohrlocherweiterers /18/ zu liegen kommt·

4, Bohranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fixierung der zylindrischen Stütze /14/ der Erweiterungspratzen /34, 35, 35 V

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in deren Innerem eine Stoppvorrichtung /41/ angeordnet ist, die mit den Gestängerohren /15, 15 V starr verbunden ist und einen abgefederten Feststeller /42/ besitzt, während die Innenfläche der zylindrischen Stütze in Gestalt eines Sperrads mit zumindest zwei Anschlägen /36, 37/ ausgeführt ist, die diametral entgegengesetzt liegen und mit dem Feststeller /4?/ zusammenwirken, wobei der eine

der Anschläge /36/ praktisch auf einer Linie mit der grössten Erweiterungspratze /34/ liegt·

^O 5· Bohranlage nach einem beliebigen der Ansprüche 1

bis 4, in der das Bohrgestänge /8/ mit einem Luftzuführungsrohr /10/ versehen ist, das an dem einen Ende über den Gestängewirbel /3/ mit dem Verdichter /2/, an dem anderen Ende aber mit einer Mischkammer /38/ zur druckluftbewirkten

^5 Grubenförderung in Verbindung gesetzt ist, dadurch gekennze ichne t, dass die Mischkammer /38/ im Innern des Gehäuses des Bohrlocherweiterers /18/ ausgeführt und mit dem Innenraum der Gestangerohre /15, 15 V in Verbindung steht, während das Luftzuführungsrohr /10/ mit dem Innenraum des Gehäuses des Bohrlocherweiterers /18/ zusätzlich in Verbindung gesetzt ist, der mit einem Verteilungsventil /51/ versehen ist, das bei Direkt-

spülung das Luftzuführungsrohr /10/ mit dem Innenraum des Gehäuses des Bohrlocherweiterers /18/ zur Zuführung von Druckluft zum Ringraum in Verbindung setzt, und bei Rückspülung das Luftzuführungsrohr /10/ mit der Mischkammer /38/ zur Zuführung von Druckluft zum Innenraum der Gestängerohre /15, 15V iö Verbindung setzt· 6· Bohranlage nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenfläche der zylindrischen Stütze /14/ der Erweiterun^spratzen /34, 35» 35V ein ringförmiger Vorsprung ausgeführt ist, der zumindest zwei aneinandergrenzende Abschnitte /53? 54/ verschiedener Hohe besitzt, an deren Grenzstelle Anschläge /36, 37/ zur Zusammenwirkung mit der Stoppvorrichtung /41/ angeordnet sind, und an der Aussenfläche des Feststellers /42/ der Stoppvorrichtung /41/ eine ITut /55/ ausgeführt ist, durch welche der mit ihr zusammenwirkende

ringförmige Vorsprung /53»" 5V tritt, wobei das Verteilungsventil/51/ in der Stoppvorrichtung /41/ angeordnet und mit dem Feststeller /*±2/ auf eine solche Weise verbunden ist, dass bei der Berührung 'durch den feststeller /4-2/^ines der Vorsprünge /53^ das Verteilungsventil /51/ die Druckluftzuführung durch das Gehäuse: des Bohrlocherweiterers /18/ zum Ringraum und bei der Berührung des·anderen Vorsprungs /5V die Druokluftzuführung zum Innenraum der Gestängerohre /15» 15'/ gewährleistet·