EP0380909A2

EP0380909A2 - Method and coring apparatus for subterranean rock drilling

Info

Publication number: EP0380909A2
Application number: EP90100111A
Authority: EP
Inventors: Rainer Dr. Ing. Jürgens; Johann Van Es
Original assignee: Eastman Christensen Co; Eastman Teleco Co
Current assignee: Baker Hughes Oilfield Operations LLC
Priority date: 1989-02-01
Filing date: 1990-01-04
Publication date: 1990-08-08
Also published as: NO900458L; US5029653A; US5052502A; CA2008975A1; NO900458D0; DE3902869C1; EP0380909A3

Abstract

In the method of subterranean rock drilling with the extraction of boring cores as rock samples, main borehole sections of main borehole diameter or core borehole sections starting in each case from the bottom of a main borehole section and having a core borehole diameter reduced relative to the main borehole diameter are alternately bored in succession by a main drilling tool and a core drilling tool respectively. In the process, the core borehole sections are drilled with the direction preset. The core drilling tool for carrying out the method comprises a tubular outer housing (1), which can be connected at its upper end to a drill-pipe string and carries at its bottom end a drill bit (2) as main drilling tool, and a core drilling unit (4) which is supported in such a way as to be expandable in the outer housing (1), is provided with a deep-hole motor (3) and has an upper part (6) which is guided and locked against rotation in the outer housing (1) by means of an anti-rotation locking and guide device (7) and is also provided with a catch device (5) and with reaction surfaces (8) for producing a feed force directed axially downwards. Furthermore, the core drilling unit (4) has a lower part which is provided with a core tube (10), driven by the deep-hole motor (3) and having as a core drilling tool a core drill bit (11) arranged at the lower end, and also an inner tube (13) arranged so as to be freely rotatable in the core tube (10) by means of a bearing device (12) and intended for receiving a bored core. In this arrangement, a guide body (16; 22) is provided in the lower area of the outer housing (1), the guide surface (17) of which guide body (16; 22) defines a guide axis for the core tube (10), which guide axis encloses an acute angle (20) with the main axis (19) of the outer housing (1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein kernbohrwerkzeug zum Abteufen von Bohrungen in unterirdische Gesteinsformationen unter Gewinnung von Bohrkernen als Gesteinsproben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 8.The invention relates to a method and a core drilling tool for sinking bores in underground rock formations while extracting drilling cores as rock samples according to the preamble of claim 1 and claim 8.

Bei bekannten Verfahren dieser Art (US-A-4 518 050, DE-C-37 01 914), die auf einen optimalen Kerngewinn ausgerichtet sind, folgen die Hauptbohrlochabschnitte in ihrem Verlauf den als Pilotbohrung vorausgebohrten Kernbohrlochabschnitten, wobei der jeweilige Kernbohrlochabschnitt durch das als Drehbohrkrone ausgebildete Hauptbohrwerkzeug auf den Nenndurchmesser des Hauptbohrwerkzeugs aufgebohrt wird. Hat das Hauptbohrwerkzeug im Zuge dieses Aufbohrens die Sohle des Kernbohrlochabschnitts erreicht, wird das Hauptbohrwerkzeug stillgesetzt und ein nächster Kernbohrlochabschnitt unter Kerngewinnung erbohrt, wobei sich die Länge des Kernbohrlochabschnitts nach den Möglichkeiten der jeweils zum Einsatz kommenden Werkzeugkonstruktion richtet und bei einer Ausbildung nach der DE-U-88 10 844 sehr beträchtlich sein kann.In known methods of this type (US-A-4 518 050, DE-C-37 01 914), which are aimed at an optimal core gain, the main borehole sections follow in their course the core borehole sections predrilled as pilot holes, the respective core borehole section being marked by the as Rotary drill bit trained main drilling tool is drilled to the nominal diameter of the main drilling tool. If the main drilling tool has reached the bottom of the core borehole section in the course of this boring, the main drilling tool is shut down and a next core borehole section is drilled with core extraction, the length of the core borehole section being based on the possibilities of the tool construction used in each case and, in the case of training, in accordance with DE-U -88 10 844 can be very substantial.

Die Kernbohreinheit ist im Außengehäuse des Kernbohrwerkzeugs mittels einer Drehsicherungs- und Führungsvorrichtung koaxial geführt mit der Folge, daß beim Bohren eines Kern bohrlochabschnitts das Kernrohr der Kernbohreinheit koaxial aus dem Außengehäuse austritt. Das Außengehäuse des Kernbohrwerkzeugs gibt dementsprechend die Vorschubrichtung für das Kernrohr vor.The core drilling unit is guided coaxially in the outer housing of the core drilling tool by means of an anti-rotation and guiding device, with the result that when drilling a core the core tube of the core drilling unit coaxially emerges from the outer housing. The outer housing of the core drilling tool accordingly specifies the feed direction for the core tube.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Kernbohrwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die ein erweiterter Aufschluß über Bodenformationen durch Gewinnung von Bohrkernen als Gesteinsproben möglich ist.The invention has for its object to provide a method and a core drilling tool of the type mentioned, through which an expanded digestion of soil formations by extracting drill cores as rock samples is possible.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein Kernbohrwerkzeug gemäß Anspruch 8. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Ansprüche 2 bis 7 und des erfindungsgemäßen Kernbohrwerkzeugs auf die Ansprüche 9 bis 20 verwiesen.The invention achieves this object by means of a method according to claim 1 and by means of a core drilling tool according to claim 8. With regard to essential further configurations of the method according to the invention, reference is made to claims 2 to 7 and of the core drilling tool according to the invention to claims 9 to 20.

Die Erfindung schafft ein Richtkernbohrverfahren und ein Richtkernbohrwerkzeug, durch die einer Kernbohrung ein vorbestimmter Richtungsverlauf vorgegeben werden kann, der gezielt von einem in der Regel annähernd senkrechten Verlauf herkömmlicher Kernbohrungen abweicht. Außer der Vorgabe eines durch Ablenkungen vorbestimmten Verlaufs einer Kernbohrung ist es erfindungsgemäß auch möglich, von einer Sohle eines Hauptbohrlochabschnitts in verschiedene Richtungen ausgehende Kernbohrlochabschnitte zu erbohren und dementsprechend eine Mehrzahl von Kernen zu gewinnen.The invention provides a directional core drilling method and a directional core drilling tool, by means of which a predetermined directional course can be predetermined for a core hole, which specifically deviates from a generally approximately perpendicular course of conventional core holes. In addition to specifying a course of a core hole predefined by deflections, it is also possible according to the invention to drill core hole sections starting from the bottom of a main borehole section in different directions and accordingly to obtain a plurality of cores.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Kernbohrwerkzeugs, das in mehreren Ausführungen beispielsweise in der Zeichnung schematisch näher veranschaulicht ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen abgebrochenen Vertikalschnitt durch das Außengehäuse eines auf der Sohle eines Hauptbohrlochabschnitts angeordneten Kernbohrwerkzeugs mit in Ausgangsstellung für einen Kernbohrvorgang befindlicher Kernbohreinheit,
Fig. 2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 zur Veranschaulichung des Kernbohrwerkzeugs mit einem in diesem anstelle der Kernbohreinheit angeordneten Führungsdorn,
Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 zur Veranschaulichung des Kernbohrwerkzeugs mit einem in diesem anstelle der Kernbohreinheit angeordneten Volldrehbohrwerkzeug,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung ähnlich Fig. 1 zur Veranschaulichung einer abgewandelten Ausführung eines Kernbohrwerkzeugs nach der Erfindung, und
Fig. 5 eine Darstellung des Kernbohrwerkzeugs nach Fig. 4 beim Nachbohren eines Hauptbohrlochabschnitts unter Führung durch das in einem vorausgebohrten Kernbohrlochabschnitt befindliche Kernrohr der Kernbohreinheit.

Further details and advantages of the invention result from the following description of the method according to the invention and the core drilling tool according to the invention, which is illustrated schematically in several versions, for example in the drawing. The drawing shows:

Fig. 1 shows a broken vertical section through the outer housing of a core drilling tool arranged on the sole of a main borehole section with the core drilling unit in the starting position for a core drilling process,
2 shows a representation similar to FIG. 1 to illustrate the core drilling tool with a guide mandrel arranged in it instead of the core drilling unit,
3 shows a representation similar to FIG. 2 to illustrate the core drilling tool with a full rotary drilling tool arranged in this instead of the core drilling unit,
Fig. 4 is a sectional view similar to FIG. 1 to illustrate a modified embodiment of a core drilling tool according to the invention, and
5 shows an illustration of the core drilling tool according to FIG. 4 when re-drilling a main borehole section under guidance through the core tube of the core drilling unit located in a predrilled core borehole section.

Das in Fig. 1 und 2 in vereinfachter Ausführung veranschaulichte Kernbohrwerkzeug umfaßt im einzelnen ein Außengehäuse 1, das mit seinem nicht näher veranschaulichten oberen Ende mit einem Bohrrohrstrang verbindbar ist und an seinem unteren Ende eine Bohrkrone 2 als Hauptbohrwerkzeug trägt. Ferner umfaßt das Kernbohrwerkzeug eine im Außengehäuse 1 abgestützte, mit einem Tieflochmotor 3 versehene Kernbohreinheit 4, die als Ganzes mittels eines Seils 5 aufziehund einfahrbar ist und einen oberen Teil 6 aufweist, der im Außengehäuse 1 mittels einer von einem axialen Vielkeilprofilteil gebildeten Drehsicherungs- und Führungsvorrichtung 7 axial verschiebbar geführt und gegen Verdrehen gesichert ist. Dabei ist der obere Teil 6 der Kernbohreinheit mit Reaktionsflächen 8 zur Erzeugung einer axial abwärts gerichteten Vorschubkraft versehen. Für die nähere Ausgestaltung eines derartigen Kernbohrwerkzeugs kann auf die DE-C-37 01 914 verwiesen werden.The core drilling tool illustrated in simplified form in FIGS. 1 and 2 comprises in particular an outer housing 1 which can be connected to a drill pipe string with its not shown upper end and carries a drill bit 2 as the main drilling tool at its lower end. Furthermore, the core drilling tool comprises a core drilling unit 4, which is supported in the outer housing 1 and is provided with a deep hole motor 3, which can be pulled up and retracted as a whole by means of a rope 5 and has an upper part 6 which is in the outer housing 1 by means of an anti-rotation and guiding device formed by an axial multi-spline profile part 7 axially displaceably guided and secured against rotation. The upper part 6 of the core drilling unit is provided with reaction surfaces 8 for generating an axially downward feed force. For a more detailed configuration of such a core drilling tool, reference can be made to DE-C-37 01 914.

Die Kernbohreinheit 4 umfaßt einen unteren Teil, der ein vom Tieflochmotor 3 angetriebenes Kernrohr 10 mit einer an dessen unteren Ende angeordneten Kernbohrkrone 11 als Kernbohrwerkzeug sowie ein im Kernrohr 10 mittels einer Lagervorrichtung 12 frei drehbar angeordnetes Innenrohr 13 zur Aufnahme eines erbohrten Kerns aufweist. Mit der Abtriebswelle 14 des Tieflochmotors 3 ist das Kernrohr 10 an seinem oberen Ende über ein rohrförmiges flexibles Verbindungsteil 15 verbunden, an dessen Stelle auch eine Gelenkwelle od.dgl. Verbindungsvorrichtung vorgesehen werden kann.The core drilling unit 4 comprises a lower part, which has a core tube 10 driven by the deep hole motor 3 with a core drill bit 11 arranged at its lower end as a core drilling tool, and an inner tube 13, which is freely rotatable in the core tube 10 by means of a bearing device 12, for receiving a drilled core. With the output shaft 14 of the deep hole motor 3, the core tube 10 is connected at its upper end via a tubular flexible connecting part 15, in its place also a propeller shaft or the like. Connection device can be provided.

Im unteren Bereich des Außengehäuses 1 ist ein Führungskörper 16 mit einer Führungsfläche 17 für das Kernrohr 10 vorgesehen, die eine Führungsachse 18 definiert, die mit der Hauptachse 19 des Außengehäuses 1 einen spitzen Winkel 20 einschließt. Der Führungskörper 16 ist bei der Ausführung nach den Fig. 1 bis 3 als außenseitigzylindrischer Rohrkörper ausgebildet und als Einbauteil im Außengehäuse 1 verdrehfest angeordnet, z.B. mittels einer nicht dargestellten Paßfeder gesichert. Statt dessen kann der Führungskörper, wie das bei dem Führungskörper 22 der Ausführung nach Fig. 4 und 5 der Fall ist, als außenseitigzylindrischer Rohrabschnitt ausgeführt sein und Bestandteil der Wandung des Außengehäuses 1 bilden. Der Führungskörper 16 kann als aufzieh- und in das Außengehäuse 1 einfahrbarer, lediglich in Betriebsstellung gegen Verdrehen im Außengehäuse 1 gesicherter Einbauteil ausgebildet sein, so daß die Möglichkeit zu einer unterschiedlichen Orientierung relativ zum Außengehäuse 1 und zum Austausch eines Führungskörpers gegen einen anderen mit unterschiedlicher Winkelausrichtung der Führungsachse 18, die in Grenzfall auch parallel zur Hauptachse 19 des Außengehäuses 1 verlaufen kann, gegeben ist. Dabei können der Führungskörper 16 und die Führungsund Drehsicherungsvorrichtung 7 für den oberen Teil 6 der Kernbohreinheit 4 zu einer aufzieh- und in die Betriebsstellung im Außengehäuse 1 einfahrbaren Baueinheit zusammengefaßt sein, z.B. über nicht näher veranschaulichte axiale Distanzstücke. In der Regel wird jedoch ein als Einbauteil ausgebildeter Führungskörper 16 im Außengehäuse 1 ein nicht nur gegen Verdrehen, sondern auch gegen vertikale Verlagerungen gesichertes Teil bilden.In the lower region of the outer housing 1, a guide body 16 is provided with a guide surface 17 for the core tube 10, which defines a guide axis 18 which forms an acute angle 20 with the main axis 19 of the outer housing 1. The guide body 16 in the embodiment according to FIGS. 1 to 3 is designed as an externally cylindrical tubular body and is arranged in a rotationally fixed manner as an installation part in the outer housing 1, for example secured by a feather key, not shown. Instead, the guide body, as is the case with the guide body 22 of the embodiment according to FIGS. 4 and 5, can be designed as an outside cylindrical tube section and form part of the wall of the outer housing 1. The guide body 16 can be designed as a built-in and retractable into the outer housing 1, only secured in the operating position against rotation in the outer housing 1, so that the possibility of different orientation relative to the outer housing 1 and the exchange of one guide body for another with different angular orientation the guide axis 18, which in a limit case can also run parallel to the main axis 19 of the outer housing 1. The guide body 16 and the guide and anti-rotation device 7 for the upper part 6 of the core drilling unit 4 can be combined to form an assembly which can be pulled open and retracted into the operating position in the outer housing 1, for example via axial spacers (not shown). As a rule, however, an as Installation part formed guide body 16 in the outer housing 1 form a part not only secured against twisting, but also against vertical displacement.

Der Führungskörper 16 bzw. 22 weist eine geneigt zylindrische, von einer durchgehenden, geneigt angeordneten Führungsbohrung gebildete Führungsfläche 17 auf und kann mit einem oberen trichterförmigen Einlauf 23 zur Führungsfläche 17 versehen sein.The guide body 16 or 22 has an inclined cylindrical guide surface 17 formed by a continuous, inclined arranged guide bore and can be provided with an upper funnel-shaped inlet 23 to the guide surface 17.

Die Kernbohreinheit 4 nimmt, wie das Fig. 1 veranschaulicht, in ihrer Ausgangsstellung eine Lage ein, in der sich das Kernrohr 10 in die Führungsbohrung des Führungskörpers 16 hineinerstreckt und eine entsprechende Schrägneigung erhält. Zum Bohren eines Kernbohrlochabschnitts wird ausgehend von der Stellung nach Fig. 1 nunmehr die Kernbohreinheit 4 unter Führung entlang der Drehsicherungsund Führungsvorrichtung 7 im Außengehäuse 1 abgesenkt und ein von der Sohle 24 eines Hauptbohrlochabschnitts ausgehender Kernbohrlochabschnitt 26 erbohrt, der eine dem Winkel 20 entsprechende Richtungsvorgabe gegenüber der Ausrichtung des Außengehäuses 1 des Kernbohrwerkzeugs hat. Bei lediglich zur Orientationsänderung verdrehter Stellung des Außengehäuses 1 im Hauptbohrlochabschnitt 25 können von ein und derselben Bohrlochsohle 24 aus mehrere, in unterschiedliche Richtungen verlaufende Kernbohrlochabschnitte 26 erbohrt werden, um das Formationsumfeld zu erkunden.As illustrated in FIG. 1, the core drilling unit 4 assumes a position in which the core tube 10 extends into the guide bore of the guide body 16 and receives a corresponding inclination. For drilling a core borehole section, starting from the position according to FIG. 1, the core drilling unit 4 is now lowered under guidance along the anti-rotation and guiding device 7 in the outer housing 1 and a core borehole section 26 starting from the sole 24 of a main borehole section is drilled, which has a directional specification corresponding to the angle 20 with respect to the Alignment of the outer housing 1 of the core drilling tool. If the outer casing 1 in the main borehole section 25 is only rotated to change the orientation, several core borehole sections 26 running in different directions can be drilled from one and the same borehole bottom 24 in order to explore the formation environment.

Im Anschluß an das Bohren eines Kernbohrlochabschnitts 26 unter Gewinnung eines Kerns im Innenrohr 13 wird die Kernbohreinheit 4 am Seil 5 aufgezogen und der Kern obertägig entnommen. Zum Nachbohren des Hauptbohrlochabschnitts 25 entlang dem vorausgebohrten Kernbohrlochabschnitt 26 kann nun ein seinerseits mittels eines Seils 27 aufziehund in eine Betriebsstellung im Außengehäuse 1 einfahrbarer Führungsdorn 28 im Außengehäuse 1 abgesetzt werden, der einen oberen, in die Drehsicherungs und Führungsvorrichtung 7 des Außengehäuses 1 einsetzbaren Stützteil 29 sowie einen durch den Führungskörper 16 hindurch abwärts vorstehenden Dornteil 30 mit Pilotspitze 31 aufweist. Beide Teile 29,30 sind dabei durch einen flexiblen Zwischenverbindungsteil 32 verbunden, der dem Dornteil 30 den Eintritt in den Führungskörper 16 und die schräg geneigte Ausrichtung in diesem ermöglicht. Nach Einführen des Führungsdorns 28 in seine in Fig. 2 veranschaulichte Betriebsstellung, in der er gegen Verdrehen gesichert ist, wird das Außengehäuse 1 mit Hauptbohrwerkzeug 2 über den Bohrrohrstrang von Übertage her in Umdrehung versetzt und ein Hauptbohrlochabschnitt 25 entlang dem vorausgebohrten Kernbohrlochabschnitt 26 gebohrt, wobei der Kernbohrlochabschnitt 26 in dem nachfolgenden Hauptbohrlochabschnitt 25 aufgeht. Sobald der Hauptbohrlochabschnitt 25 fertiggebohrt ist, wird der Führungsdorn 28 wieder aufgezogen und im Außengehäuse 1 die Kernbohreinheit 4 abgesetzt, wonach ein erneuter Kernbohrabschnitt 26 erbohrt werden kann. Durch Verdrehen des Außengehäuses 1 bei Vorliegen einer gewünschten Ausrichtung der Achse 18 des Führungskörpers 16 bzw. 22 wird die Richtung des nachfolgend zu erbohrenden Kernbohrlochabschnitts vorgegeben.Following the drilling of a core borehole section 26 to obtain a core in the inner tube 13, the core drilling unit 4 is pulled up on the cable 5 and the core is removed from the surface. To re-drill the main borehole section 25 along the predrilled core borehole section 26, a guide mandrel 28, which in turn can be pulled up into an operating position in the outer housing 1 and set down in the outer housing 1 and can be placed in the outer housing 1 by an upper support part 29 which can be inserted into the anti-rotation and guiding device 7 of the outer housing 1 and a mandrel part 30 with a pilot tip 31 projecting downward through the guide body 16. Both Parts 29, 30 are connected by a flexible intermediate connecting part 32, which enables the mandrel part 30 to enter the guide body 16 and to be inclined therein. After insertion of the guide mandrel 28 into its operating position illustrated in FIG. 2, in which it is secured against rotation, the outer housing 1 with the main drilling tool 2 is set in rotation from above via the drill pipe string and a main borehole section 25 is drilled along the predrilled core borehole section 26, whereby the core borehole section 26 merges into the subsequent main borehole section 25. As soon as the main borehole section 25 has been drilled, the guide mandrel 28 is pulled back and the core drilling unit 4 is deposited in the outer housing 1, after which a new core drilling section 26 can be drilled. By rotating the outer housing 1 when there is a desired alignment of the axis 18 of the guide body 16 or 22, the direction of the core hole section to be subsequently drilled is specified.

Anstelle der Verwendung eines Führungsdorns 28 kann für das Nachbohren eines Hauptbohrlochabschnitts 25 auch ein aufzieh- und in eine Betriebstellung im Außengehäuse 1 einfahrbares Vollbohrwerkzeug 33 im Außengehäuse 1 abgesetzt werden, das einen oberen, in Betriebsstellung mit der Drehsicherungs- und Führungsvorrichtung 7 des Außengehäuses 1 in Eingriff stehenden, rohrförmigen Stützgehäuseteil 34 mit darin angeordnetem Tieflochmotor sowie einen unteren, in den Führungskörper 16 eingreifenden Lagergehäuseteil 35 umfaßt, in dem eine Meißelwelle 37 gelagert ist, die auf ihrem aus dem Lagergehäuseteil 35 vorstehenden und aus dem Führungskörper 16 sowie dem Außengehäuse 1 vorspringenden Ende ein Volldrehbohrwerkzeug 36 trägt. Dabei ist zwischen dem Stützgehäuseteil 34 und dem Lagergehäuseteil 35 ein flexibler Zwischengehäuseteil 38 vorgesehen, der dem Lagergehäuseteil 35 die dargestellte schräggeneigte Ausrichtung durch den Führungskörper 16 ermöglicht. Das Vollbohrwerkzeug 36 ist über eine Fangvorrichtung 39 am oberen Ende des Stützteils 34 handhabbar und kann irgendeinen geeigneten Volldrehbohrmeißel 36 aufweisen, der zum einen eine seitliche Führung im vorgebohrten Kernbohrlochabschnitt 26 erhält, zum anderen jedoch auch ein Nachbohren des Kernbohrlochabschnitts 26 ermöglicht.Instead of using a guide mandrel 28, a full drilling tool 33, which can be opened and retracted into an operating position in the outer housing 1, can also be placed in the outer housing 1 for the re-drilling of a main borehole section 25, which has an upper, in the operating position with the anti-rotation and guide device 7 of the outer housing 1 in Engaged, tubular support housing part 34 with a deep-hole motor arranged therein and a lower, engaging in the guide body 16 bearing housing part 35, in which a chisel shaft 37 is mounted, which protrudes from the bearing housing part 35 and protrudes from the guide body 16 and the outer housing 1 end a full rotary drilling tool 36 carries. In this case, a flexible intermediate housing part 38 is provided between the support housing part 34 and the bearing housing part 35, which enables the bearing housing part 35 to have the inclined orientation shown by the guide body 16. The solid drilling tool 36 can be handled via a safety device 39 at the upper end of the support part 34 and can have any suitable solid rotary drill bit 36 which is used for one receives lateral guidance in the predrilled core borehole section 26, but on the other hand also enables the core borehole section 26 to be re-drilled.

Die Ausführung nach Fig. 4 und 5 entspricht prinzipiell der nach Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß der Führungskörper 22 als rohrförmiger Bestandteil der Wandung des Außengehäuses 1 ausgebildet ist. Anstelle einer einheitlichen Drehsicherungs- und Führungsvorrichtung 7 ist eine zweigeteilte Ausführung vorgesehen, und das Außengehäuse 1 umfaßt einen Drehsicherungsabschnitt 40 und einen Führungsabschnitt 41. Der obere Teil 6 der Kernbohreinheit 4 umfaßt ein oben offenes, aus antimagnetischem Material bestehendes rohrförmiges Gehäuse 42, das in seiner Betriebsstellung mit dem Drehsicherungsabschnitt 40 der zweigeteilten Drehsicherungs und Führungsvorrichtung 40,41 in Eingriff steht und als Aufnahme für ein absetzbares Orientierungssteuergerät 43 ausgebildet ist. Das Orientierungssteuergerät 43 ist dabei mittels eines Seils 44 gesondert aufzieh- und einfahrbar. In seiner Betriebsstellung nimmt es innerhalb des Gehäuses 42 eine beispielsweise durch eine Paßfeder verdrehgesicherte Ausrichtung ein, die von übertage her abgefragt werden kann und Aufschluß über die Ausrichtung der Führungsachse 18 des Führungskörpers 22 des Außengehäuses 1 vermittelt. Auf diese Weise kann von übertage her über den Bohrrohrstrang das Außengehäuse 1 so verdreht werden, daß die Ausrichtung der Führungsachse 18 die gewünschte Richtung für das Kernbohreinheit 4 vorgibt. Das Gehäuse 42 des oberen Teils 6 der Kernbohreinheit 4 setzt sich nach unten hin in einem Trägerabschnitt fort, der aus einem Lagerteil 45, einem innenliegenden Stator 46 des Tieflochmotors 3 und einem flexiblen Verbindungsteil 47 besteht, auf dessen unteren Zapfenteil 48 das Innenrohr 13 der Kernbohreinheit 4 festgelegt ist. Das Kernrohr 10 ist über einen rohrförmigen flexiblen Zwischenteil 49 mit dem Rotor 50 des Tieflochmotors 3 verbunden, der mit einer rohrförmigen oberen Verlängerung 51 über eine Lagervorrichtung 52 auf dem Lagerteil 45 frei drehbar gelagert ist.4 and 5 corresponds in principle to that of FIG. 1, but with the difference that the guide body 22 is designed as a tubular component of the wall of the outer housing 1. Instead of a single anti-rotation and guiding device 7, a two-part design is provided, and the outer housing 1 comprises an anti-rotation section 40 and a guide section 41. The upper part 6 of the core drilling unit 4 comprises a tubular housing 42, which is open at the top and is made of antimagnetic material Operational position with the rotation lock section 40 of the two-part rotation lock and guide device 40, 41 is engaged and is designed as a receptacle for a removable orientation control device 43. The orientation control device 43 can be pulled up and retracted separately by means of a cable 44. In its operating position, it assumes an orientation which is secured against rotation, for example by a feather key, which can be queried from above and which provides information about the orientation of the guide axis 18 of the guide body 22 of the outer housing 1. In this way, the outer casing 1 can be rotated from above via the drill pipe string so that the orientation of the guide axis 18 specifies the desired direction for the core drilling unit 4. The housing 42 of the upper part 6 of the core drilling unit 4 continues downwards in a support section, which consists of a bearing part 45, an internal stator 46 of the deep hole motor 3 and a flexible connecting part 47, on the lower pin part 48 of which the inner tube 13 of the core drilling unit 4 is set. The core tube 10 is connected via a tubular flexible intermediate part 49 to the rotor 50 of the deep-hole motor 3, which is freely rotatably supported by a tubular upper extension 51 via a bearing device 52 on the bearing part 45.

Das mit dem Kernbohrwerkzeug nach Fig. 4 und 5 durchführbare Richtbohrverfahren entspricht dem, wie es in Verbindung mit dem Kernbohrwerkzeug nach Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde. Nachdem durch Verdrehen und Festsetzen von Übertage her dem Außengehäuse 1 eine für die Richtung des zu bohrenden Kernbohrlochabschnitts 26 entsprechende Ausrichtung erteilt wurde, wird das Orientierungssteuergerät 43 aufgezogen und der Kernbohrvorgang durchgeführt. Zum Nachbohren eines Hauptbohrlochabschnitts 25 wird dann entlang der als Führungsmittel dienenden Kernbohreinheit 4 das Außengehäuse 1 mit seinem Hauptbohrwerkzeug 2 unter Antrieb durch den Bohrrohrstrang abwärts vorgetrieben. Damit das Kernbohrwerkzeug 11 durch das Hauptbohrwerkzeug 2 nicht versehentlich überbohrt wird, kann im Außengehäuse 1 ein gesondert aufzieh- und in eine Betriebsstellung absetzbarer Ventilkörper 53 vorgesehen sein, der bei relativer Abwärtsbewegung des Außengehäuses 1 zum Gehäuse 42 des oberen Teils 6 der Kernbohreinheit 4 mit diesem in Dichtungseingriff gelangt und den Bohrspülungsstrom durch das Gehäuse 42 sperrt. Dadurch tritt eine Druckerhöhung ein, die obertägig gemessen und als Anzeichen dafür verwendet werden kann, daß das Hauptbohrwerkzeug 2 einen vorgegebenen Abstand zum Kernbohrwerkzeug 11 erreicht hat.The directional drilling method which can be carried out with the core drilling tool according to FIGS. 4 and 5 corresponds to that described in connection with the core drilling tool according to FIGS. 1 to 3. After the outer housing 1 has been given an orientation corresponding to the direction of the core borehole section 26 to be drilled by rotating and fixing it above ground, the orientation control device 43 is pulled up and the core drilling process is carried out. To re-drill a main borehole section 25, the outer casing 1 with its main drilling tool 2 is then driven downward along the core drilling unit 4 serving as a guide means, driven by the drill pipe string. So that the core drilling tool 11 is not inadvertently drilled over by the main drilling tool 2, a separately retractable valve body 53 which can be put into an operating position can be provided in the outer housing 1, which, with relative downward movement of the outer housing 1 to the housing 42 of the upper part 6 of the core drilling unit 4, has the same comes into sealing engagement and blocks the drilling fluid flow through the housing 42. This results in an increase in pressure, which can be measured on the surface and used as an indication that the main drilling tool 2 has reached a predetermined distance from the core drilling tool 11.

Claims

1. Verfahren zum Abteufen von Bohrungen in unterirdische Gesteinsformationen unter Gewinnung von Bohrkernen als Gesteinsproben, bei dem abwechselnd nacheinander mit einem Hauptbohrwerkzeug Hauptbohrlochabschnitte von Hauptbohrlochdurchmesser oder mit einem Kernbohrwerkzeug jeweils von der Sohle eines Hauptbohrlochabschnitts ausgehende Kernbohrlochabschnitte von einem gegenüber dem Hauptbohrlochdurchmesser verringerten Kernbohrlochdurchmesser erbohrt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernbohrlochabschnitte unter Richtungsvorgabe gebohrt werden.1. A process for sinking bores in underground rock formations to give cores as rock samples are drilled in which alternately one after the outgoing with a Hauptbohrwerkzeug main wellbore portions of the main borehole diameter or with a core drilling tool respectively of the sole of a main borehole section core hole portions of one with respect to the main borehole diameter reduced core hole diameter, characterized characterized in that the core borehole sections are drilled according to the direction.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere von der Sohle eines Hauptbohrlochabschnitts ausgehende Kernbohrlochabschnitte mit unterschiedlicher Richtungsvorgabe gebohrt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that several core borehole sections starting from the bottom of a main borehole section are drilled with different directions.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß zum Richtkernbohren dem Kernbohrwerkzeug im Bereich des Hauptbohrwerkzeugs eine winklige Ablenkung aufgeprägt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that an angular deflection is impressed on the core drilling tool in the region of the main drilling tool for directional core drilling.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einem richtungsgebohrten Kernbohrlochabschnitt nachfolgende Hauptbohrlochabschnitt unter Führung in und entlang dem Kernbohrlochabschnitt gebohrt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the main borehole section following a directionally drilled core borehole section is drilled under guidance in and along the core borehole section.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Hauptbohrwerkzeugs entlang dem Kernbohrlochabschnitt ein anstelle der Kernbohreinheit in das Hauptbohrwerkzeug eingesetzter Führungsdorn verwendet wird.5. The method according to claim 4, characterized in that a guide mandrel inserted in the main drilling tool is used for guiding the main drilling tool along the core hole section.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Hauptbohrwerkzeugs entlang dem Kernbohrlochabschnitt ein anstelle der Kernbohreinheit in das Hauptbohrwerkzeug eingesetzter Volldrehbohrmeißel, insbesondere Rollenmeißel, verwendet wird, der der Drehbohrkrone des Hauptbohrwerkzeugs vorausläuft.6. The method according to claim 4, characterized in that is used to guide the main drilling tool along the core hole section instead of the core drilling unit inserted in the main drilling tool full rotary drill bit, in particular roller chisel, which precedes the rotary drill bit of the main drilling tool.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Hauptbohrwerkzeugs entlang dem Kernbohrlochabschnitt das im Kernbohrlochabschnitt verbleibende Kernrohr der Kernbohreinheit verwendet wird.7. The method according to claim 1, characterized in that the core tube of the core drilling unit remaining in the core borehole section is used to guide the main drilling tool along the core borehole section.

8. Kernbohrwerkzeug zum Abteufen von Bohrungen in unterirdische Gesteinsformationen unter Gewinnung von Bohrkernen als Gesteinsproben, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem rohrförmigen Außengehäuse (1), das an seinem oberen Ende mit einem Bohrrohrstrang verbindbar ist und an seinem unteren Ende eine Bohrkrone (2) als Hauptbohrwerkzeug trägt, und einer aufziehbar im Außengehäuse (1) abgestützten, mit einem Tieflochmotor (3) versehenen Kernbohreinheit (4), die als Ganzes aufziehbar ist und einen oberen Teil (6) aufweist, der im Außengehäuse (1) mittels einer Drehsicherungs- und Führungsvorrichtung (7) geführt und gegen Verdrehen gesichert sowie mit einer Fangvorrichtung (5) und mit Reaktionsflächen (8) zur Erzeugung einer axial abwärtsgerichteten Vorschubkraft versehen ist, sowie einen unteren Teil umfaßt, der ein vom Tieflochmotor (3) angetriebenes Kernrohr (10) mit einer am unteren Ende angeordneten Kernbohrkrone (11) als Kernbohrwerkzeug sowie ein im Kernrohr (10) mittels einer Lagervorrichtung (12) frei drehbar angeordnetes Innenrohr (13) zur Aufnahme eines erbohrten Kerns aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des Außengehäuses (1) ein Führungskörper (16;22) vorgesehen ist, dessen Führungsfläche (17) für das Kernrohr (10) eine Führungsachse definiert, die mit der Hauptachse (19) des Außengehäuses (1) einen spitzen Winkel (20) einschließt.8. core drilling tool for drilling holes in underground rock formations to obtain drilling cores as rock samples, in particular for carrying out the method according to claim 1, with a tubular outer housing (1) which can be connected at its upper end to a drill pipe string and one at its lower end Drill bit (2) carries as the main drilling tool, and a core drilling unit (4) supported in the outer housing (1) and supported with a deep hole motor (3), which can be wound as a whole and has an upper part (6) which is in the outer housing (1) guided by means of an anti-rotation and guiding device (7) and secured against rotation, and provided with a catching device (5) and with reaction surfaces (8) for generating an axially downward feed force, and also comprises a lower part which is driven by the deep hole motor (3) Core tube (10) with a core drill bit (11) arranged at the lower end as a core drilling tool ug and has an inner tube (13) which is freely rotatable in the core tube (10) by means of a bearing device (12) for receiving a drilled core, characterized in that a guide body (16; 22) is provided in the lower region of the outer housing (1), whose Guide surface (17) for the core tube (10) defines a guide axis, which includes an acute angle (20) with the main axis (19) of the outer housing (1).

9. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (16) als außen zylindrischer Rohrkörper ausgebildet und als Einbauteil im Außengehäuse (1) verdrehfest angeordnet ist.9. core drilling tool according to claim 8, characterized in that the guide body (16) is formed as an externally cylindrical tubular body and is arranged as a built-in part in the outer housing (1) against rotation.

10. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (22) als außen zylindrischer Rohrkörper ausgeführt ist und Bestandteil der Wandung des Außengehäuses (1) ist.10. Core drilling tool according to claim 8, characterized in that the guide body (22) is designed as an outer cylindrical tubular body and is part of the wall of the outer housing (1).

11. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (16) als aufzieh- und in das Außengehäuse (1) einfahrbare, lediglich in Betriebsstellung gegen Verdrehen im Außengehäuse (1) gesicherte Baueinheit ausgebildet ist.11. Core drilling tool according to claim 8 and 9, characterized in that the guide body (16) is designed as a retractable and retractable into the outer housing (1), only in the operating position against rotation in the outer housing (1) secured unit.

12. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (16) und die Führungs- und Drehsicherungsvorrichtung (7) für den oberen Teil (6) der Kernbohreinheit (4) zu einer aufzieh- und in die Betriebsstellung im Außengehäuse (1) einfahrbaren Baueinheit zusammengefaßt sind.12. Core drilling tool according to claim 11, characterized in that the guide body (16) and the guide and anti-rotation device (7) for the upper part (6) of the core drilling unit (4) to an open and in the operating position in the outer housing (1) retractable unit are summarized.

13. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (16;22) eine geneigt angeordnete, durchgehende Führungsbohrung mit zylindrischer Führungsfläche (17) aufweist.13. Core drilling tool according to one of claims 8 to 12, characterized in that the guide body (16; 22) has an inclined, continuous guide bore with a cylindrical guide surface (17).

14. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper einen trichterförmigen oberen Einlauf zur Führungsfläche (17) aufweist.14. Core drilling tool according to claim 13, characterized in that the guide body has a funnel-shaped upper inlet to the guide surface (17).

15. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein aufzieh- und in eine Betriebsstellung im Außengehäuse (1) einfahrbarer Führungsdorn (28) vorgesehen ist, der einen oberen, in der Drehsiche rungs- und Führungsvorrichtung (7) des Außengehäuses (1) einsetzbaren oberen Stützteil (29) sowie einen durch den Führungskörper (16) hindurch abwärts vorstehenden Dornteil (30) mit Pilotspitze (31) aufweist, der mit dem Stützteil (29) durch einen flexiblen Zwischenverbindungsteil (32) verbunden ist.15. Core drilling tool according to one of claims 8 to 14, characterized in that a pull-in and in an operating position in the outer housing (1) retractable guide mandrel (28) is provided, which is an upper, in the rotary lock Rungs- and guide device (7) of the outer housing (1) insertable upper support part (29) and a through the guide body (16) downward projecting mandrel part (30) with pilot tip (31), which with the support part (29) by a flexible Intermediate connection part (32) is connected.

16. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein aufzieh- und in eine Betriebsstellung im Außengehäuse (1) einfahrbares Vollbohrwerkzeug (33) vorgesehen ist, das einen oberen, in Betriebsstellung mit der Drehsicherungs- und Führungsvorrichtung (7) des Außengehäuses (1) in Eingriff stehenden, rohrförmigen Stützgehäuseteil mit Tieflochmotor sowie einen unteren, in den Führungskörper eingreifenden Lagergehäuseteil (35) für eine auf ihrem Ende das aus dem Führungskörper (16) vorstehende Volldrehbohrwerkzeug (36) tragende Meißelwelle (37) umfaßt, wobei zwischen dem Stützgehäuseteil (34) und dem Lagergehäuseteil (35) ein flexibler Zwischengehäuseteil (38) vorgesehen ist.16. Core drilling tool according to one of claims 8 to 14, characterized in that a mounting and in an operating position in the outer housing (1) retractable solid drilling tool (33) is provided which has an upper, in the operating position with the anti-rotation and guide device (7) of the outer housing (1) engaging, tubular support housing part with a deep hole motor and a lower bearing housing part (35) engaging in the guide body for a chisel shaft (37) carrying the full rotary drilling tool (36) protruding from the guide body (16), whereby a flexible intermediate housing part (38) is provided between the support housing part (34) and the bearing housing part (35).

17. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (6) der Kernbohreinheit (4) ein aus antimagnetischem Material bestehendes oben offenes Gehäuse 42 aufweist, das in Betriebsstellung mit dem Drehsicherungsabschnitt (40) der zweigeteilten Drehsicherungs- und Führungsvorrichtung (40,41) in Eingriff steht und als Aufnahme für ein gesondert aufzieh- und einfahrbares Orientierungssteuergerät (43) ausgebildet ist.17. Core drilling tool according to one of claims 8 to 14, characterized in that the upper part (6) of the core drilling unit (4) has a housing 42 made of antimagnetic material and open at the top, which in the operating position with the anti-rotation section (40) of the two-part anti-rotation lock and the guide device (40, 41) is in engagement and is designed as a receptacle for a separately retractable and retractable orientation control device (43).

18. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem unteren Bereich (45) des oberen Teils (6) der Kernbohreinheit (4) ein den Rotor (50) des Tieflochmotors (3) abstützender Rohrteil (51) drehbar gelagert ist und der Stator (46) des Tieflochmotors (3) über das Gehäuse (42) des Oberteils (6) der Kernbohreinheit (4) gegen Verdrehen im Außengehäuse (1) gesichert ist.18. Core drilling tool according to claim 17, characterized in that on a lower region (45) of the upper part (6) of the core drilling unit (4) a rotor (50) of the deep hole motor (3) supporting tube part (51) is rotatably mounted and Stator (46) of the deep hole motor (3) is secured against rotation in the outer housing (1) via the housing (42) of the upper part (6) of the core drilling unit (4).

19. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrteil (51) ein flexibles Zwischenrohrteil (49) mit dem Kernrohr (10) der Kernbohreinheit (4) und der Stator (46) des Tieflochmotors (3) über einen flexiblen Verbindungsteil (47) mit dem Innenrohr (13) der Kernbohreinheit (4) verbunden ist.19. Core drilling tool according to claim 18, characterized in that the tube part (51) is a flexible intermediate tube part (49) with the core tube (10) of the core drilling unit (4) and the stator (46) of the deep hole motor (3) is connected to the inner tube (13) of the core drilling unit (4) via a flexible connecting part (47).

20. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein gesondert aufzieh- und im Außengehäuse (1) absetzbarer Ventilkörper (53) vorgesehen ist, der in seiner Betriebsstellung im Außengehäuse (1) ortsfest abgestützt ist und bei Erreichen eines vorgegebenen Abstandes des Hauptbohrwerkzeugs (2) zum Kernbohrwerkzeug (11) während eines durch die Kernbohreinheit (4) geführten Nachbohrens eines Hauptbohrlochabschnitts (25) den Bohrspülungsdurchlaß durch die Kernbohreinheit (4) ganz oder teilweise absperrt.20. Core drilling tool according to one of claims 8 to 19, characterized in that a separately windable and in the outer housing (1) removable valve body (53) is provided, which is supported in its operating position in the outer housing (1) and when reaching a predetermined Distance of the main drilling tool (2) to the core drilling tool (11) completely or partially shuts off the drilling fluid passage through the core drilling unit (4) during a re-drilling of a main borehole section (25) through the core drilling unit (4).