EP2520758A2 - Bohrgerät und Verfahren zum Betreiben eines Bohrgeräts - Google Patents

Bohrgerät und Verfahren zum Betreiben eines Bohrgeräts Download PDF

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Publication number
EP2520758A2
EP2520758A2 EP12001750A EP12001750A EP2520758A2 EP 2520758 A2 EP2520758 A2 EP 2520758A2 EP 12001750 A EP12001750 A EP 12001750A EP 12001750 A EP12001750 A EP 12001750A EP 2520758 A2 EP2520758 A2 EP 2520758A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mast
carriage
drilling device
drill
borehole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12001750A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Donner
Hans-Otto Könnecker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Prakla Bohrtechnik GmbH
Original Assignee
Prakla Bohrtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Prakla Bohrtechnik GmbH filed Critical Prakla Bohrtechnik GmbH
Publication of EP2520758A2 publication Critical patent/EP2520758A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/08—Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods
    • E21B19/086—Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods with a fluid-actuated cylinder

Definitions

  • the invention relates to a drilling rig according to the preamble of claim 1 and a method for operating a drilling rig according to the preamble of claim 11.
  • the drilling apparatus comprises a carrier device, a mast which has a mast lower part attached to the carrier device and at least one mast top part telescopically mounted on the mast lower part, a carriage which is movably mounted along the mast, a drill drive for driving a drill string, which is arranged on the carriage, and a carriage drive for moving the carriage along the mast.
  • a carriage is moved along a mast and a drill pipe is rotationally driven by means of a boring drive.
  • the mast is therefore pivotally mounted on the carrier, so that it can be brought in a transport of the drill in a substantially horizontal or at least inclined position.
  • the invention has for its object to provide a drill and a method for operating a drill, which allow for a compact design, a particularly economic hole position.
  • the drill according to the invention is characterized in that the carriage drive comprises a hydraulic actuating cylinder and that the carriage by means of the hydraulic actuating cylinder along the mast lower part is movable.
  • the method is inventively characterized in that for introducing a tubular element, in particular a support tube, in the wellbore of the drill drive is swung out after creating the borehole from a longitudinal axis of the wellbore that a mast upper part is extended relative to a mast base and that the tubular element, in particular the Support tube, is hung on the extended mast shell and placed in the borehole.
  • a tubular element in particular a support tube
  • the drilling device according to the invention may in particular be a drilling device, in particular a deep drilling device, for creating vertical bores in the ground.
  • the holes can be made, for example, for the construction of a well or a geothermal plant.
  • the invention relates to a drill with a telescopic mast, in which a mast shell is mounted longitudinally displaceable on a mast base.
  • a telescoping mast offers, especially in comparison to a folding Mast, a higher rigidity. There is therefore no lateral bracing required for stabilizing the mast, so that overall a cost-effective and compact concept for a mast extension is provided.
  • the telescopic mast ensures that the mast length can be reduced to a maximum permissible length for transport purposes of the rig and increased for operational purposes.
  • the mast base may have a length of about 6 meters for a street legal.
  • a basic idea of the invention is, in the case of a telescopic mast, to move the carriage mounted thereon, which can also be referred to as a drilling slide, by means of a hydraulic cylinder.
  • a hydraulic cylinder allows high feed forces and also represents a particularly compact slide drive.
  • the mast upper part is used according to the invention in particular the handling of elements that are to be introduced into the created wellbore.
  • the mast upper part is thus not absolutely necessary for creating the borehole, so that it is sufficient if the carriage is movable only or exclusively along the mast lower part, but not along the upper mast part.
  • the mast base By extending the Mastoberteil the travel of the carriage along the mast is thus not necessarily extended. Rather, the maximum travel of the carriage can be defined solely by the mast base.
  • the pipe elements to be introduced into the borehole may in particular be support pipes, which may be required, for example, when creating well or geothermal boreholes.
  • support tubes often have a greater length than individual BohrgestSheschüsse or Bohrgestän publishede, from which the drill string can be composed.
  • the extendable mast upper part such long support tubes whose length is greater than a maximum travel of the carriage along the mast, are introduced by means of the drill into the wellbore.
  • the mast upper part can be extended and the support tube can be introduced into the borehole via the extended mast upper part.
  • An inventive aspect is thus to provide a mast, the length of which in the extended state is greater than a maximum length of a drill string or drill string to be used or as a maximum travel of the drill along the mast.
  • the carriage is preferably movable exclusively along the lower mast part.
  • the upper part of the mast comprises a mast head, on which, in particular for manipulating a tubular element to be introduced into the borehole, at least one cable deflection roller is arranged.
  • the mast upper part itself may comprise further mutually telescoping mast parts, wherein the deflection roller is preferably provided on the uppermost mast part.
  • the drill drive is pivotally mounted or mounted on the carriage about a pivot axis extending in the longitudinal direction of the mast.
  • the pivotable drill drive By means of the pivotable drill drive, the latter can be swung out of a longitudinal axis of the borehole, the borehole axis, in order to release the borehole axis for a pipe element to be introduced, which may optionally be suspended above the drilling drive.
  • the drill drive is pivotably mounted on the carriage so that the entire cross section of the created borehole is released in the axial extension upwards.
  • the drill drive is preferably laterally pivotable and can be locked both in the pivoted and in the pivoted position.
  • a swiveling cylinder in the form of a hydraulic cylinder is preferably provided.
  • masts can be achieved in that the mast base is disposed within the mast shell. Accordingly, the mast lower part can also be referred to as inner mast and the mast upper part as outer mast.
  • This arrangement has the advantage that optionally provided in the interior of the mast base components, such as the carriage drive, are not affected by the mast shell.
  • the mast upper part has a lattice and / or truss structure having a substantially U- or C-shaped cross-section.
  • the U-shaped or C-shaped cross-section of the mast upper part on the one hand provides a longitudinally extending inner receiving space for the inner mast and on the other hand also a longitudinally extending lateral or front receiving space for the carriage mounted on the inner mast.
  • the mast upper part or the outer mast can thus be retracted even if the carriage is located on the mast base.
  • the mast base preferably also has a grid and / or truss structure. This can analogous to the mast upper part have a U-shaped or C-shaped or a rectangular frame-shaped cross-section.
  • An advantageous carriage drive is provided by the fact that the hydraulic actuating cylinder of the carriage drive is arranged in the interior of the mast lower part. This is to be understood in particular that the actuating cylinder is located within a cross section of the lattice and / or truss structure of the mast lower part. Furthermore, this can be understood by the fact that the actuating cylinder between two longitudinal corners or edges of the mast lower part, in particular centrally between them, is arranged.
  • the actuating cylinder is adjustable between a retracted and an extended position. In the extended position, the length of the adjusting cylinder is preferably smaller than or equal to the length of the mast lower part.
  • the mast lower part has a guide or guide means on which the carriage is slidably mounted.
  • the guide or guiding device may for example comprise guide rails which run in the longitudinal direction of the mast.
  • the carriage may comprise guide shoes, which are mounted longitudinally displaceably on the guide or the guide rail.
  • the carriage can be moved along the mast lower part both when the mast upper part is retracted and when the mast upper part is extended.
  • the bore for example, with retracted mast shell, so in a compact Shape of the mast, to be created.
  • the mobility of the carriage when retracted and extended mast can be achieved in particular by the U- or C-shaped mast upper part or the receiving space for the carriage.
  • any desired telescopic drive can be provided for displacing the upper mast part relative to the lower mast part.
  • a preferred embodiment of the telescoping cylinder is given by the fact that the at least one telecopying cylinder is arranged outside of the mast lower part and / or the upper mast part. This is to be understood in particular that the telescoping cylinder is positioned outside the lattice and / or truss structure. For a uniform introduction of force, it is preferred that several, in particular two or four, telescoping cylinders are provided distributed symmetrically.
  • the carriage is moved to create the borehole exclusively along the mast lower part, wherein the carriage movement can take place when the mast upper part is retracted.
  • the drill drive is connected to a drill pipe and screwed by retracting or extending the actuator cylinder in the ground.
  • a beating or vibrating movement of the drill string done.
  • the drill string may be constructed of a plurality of drill string members successively to be stacked, each drill string piece preferably being no longer than the mast base member.
  • the mast top Before, during or after creating the borehole, the mast top is extended upwards. This results in a mast extension.
  • the drill drive is laterally swung out of the wellbore axis to release the wellbore axis for a pipe element to be inserted.
  • the tubular element in particular a support tube, can then be suspended, for example, on the upper part of the mast and lowered down over the upper part of the mast into the created borehole.
  • This can in particular a rope may be used, which is guided from the carrier of the drill over the mast head and on which the tube element is suspended.
  • the support tube may in particular have a length which is greater than a maximum length of a linkage element or linkage piece of the drill string.
  • a drilling device 10 comprises a carrier device 12, in particular a carrier vehicle, with a vehicle cabin and a mast 14 pivotally mounted on the carrier device 12 about a horizontal pivot axis.
  • the carrier vehicle is preferably designed for road approval and accordingly comprises a plurality of wheels.
  • the mast 14 can be transferred from a substantially vertical operating position to create vertical bores in an inclined, in particular horizontal, transport position.
  • mast 14 in the transport position of this comprises a pivotally mounted on the carrier device 12 mast base member 20 or mast base member and a telescopically mounted on the mast base 20 mast top 30th
  • Mast base 20 and mast top 30 each have a grid or truss structure 16 and have a substantially rectangular outer periphery in the plan.
  • a carriage 40 On the mast base 20 is a carriage 40, which may also be referred to as a drill or Bohrgetriebschlitten mounted longitudinally displaceable.
  • the mast lower part 20 has a guide 22 in the form of guide rails.
  • the carriage 40 has corresponding guide shoes 42 which are slidably mounted on the guide rails of the mast lower part 20.
  • the mast upper part 30 can be extended upwards relative to the mast lower part 20 and mounted on an outer circumference of the mast lower part 20 or displaceably guided along an outer circumference of the mast lower part 20.
  • a plurality of, in particular hydraulic, telescoping cylinders 70 are provided for extending the upper mast part 30 relative to the lower mast part 20.
  • the mast upper part 30 with respect to the mast base 20 is hydraulically telescoped.
  • the mast top 30 has a substantially U- or C-shaped cross-section.
  • the mast upper part 30 surrounds the mast lower part 20 on two lateral sides and one rear side.
  • a free space is formed, in which the carriage 40 is movable with the upper part of the mast 30 retracted along the mast lower part 20.
  • the free space is in particular in extension of the guide 22 and the guide rails of the mast lower part 20th
  • the U- or C-shaped cross-section of the upper mast part 30 provides an inner receiving space for the mast lower part 20.
  • a carriage drive 46 is provided for carriage adjustment, ie for moving the carriage 40 along the mast lower part 20, a carriage drive 46 is provided.
  • This comprises a hydraulic actuating cylinder 48 which is fastened on the one hand to the carriage 40 and on the other hand to the mast lower part 20 or to the carrier device 12.
  • the adjusting cylinder 48 comprises a cylinder housing 50 in which a piston rod 52 is mounted longitudinally displaceable is. By extending the piston rod 52, the carriage 40 is moved in the direction of a mast head 32, ie upwards.
  • a drill drive 60 for driving a drill pipe which may also be referred to as a power rotary head, pivotally mounted.
  • the carriage 40 has a pivot joint 64, on which the drill drive 60 is mounted pivotably about a pivot axis 62 running in the longitudinal direction of the mast 14.
  • the drill drive 60 can be pivoted laterally and, in particular, can be pivoted out of a longitudinal axis of a created borehole.
  • a space 72 is created for a wholly-grown drill drive.
  • the pivot joint 64 is preferably mounted so that a pivoting of the drill drive 60 is ensured by an angle of at least 120 °. This allows easy insertion of the support tube 74 without risk of damaging the power rotary head.
  • a pivot joint 64 may be provided on two sides of the carriage 40, so that the drill drive 60 can be selectively swung out to a first side or to a second side.
  • a locking device 66 may be provided for locking the drill drive 60 in the pivoted position.
  • one or more cable deflection rollers 34 are arranged on the mast head 32.
  • a cable can be guided and deflected starting from the carrier device 12 via the cable deflection rollers 34.
  • fastening means are provided on the rope, with which the support tube 74 can be suspended on the rope.
  • the carrier vehicle On the carrier vehicle can continue to be arranged a winch on which the guided over the pulleys 34 rope can be wound up.
  • the support tube 74 By unwinding the rope from the winch, the support tube 74 can be lowered into the wellbore.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät mit einem Trägergerät, einem Mast, welcher ein am Trägergerät angebrachtes Mastunterteil und mindestens ein am Mastunterteil teleskopierbar gelagertes Mastoberteil aufweist, einem Schlitten, welcher entlang des Mastes verfahrbar gelagert ist, einem Bohrantrieb zum Antreiben eines Bohrgestänges, welcher an dem Schlitten angeordnet ist, und einem Schlittenantrieb zum Verfahren des Schlittens entlang des Mastes. Der Schlitten umfasst einen hydraulischen Stellzylinder und ist mittels des hydraulischen Stellzylinders entlang des Mastunterteils verfahrbar. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Bohrgeräts.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Bohrgeräts gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
  • Das Bohrgerät umfasst ein Trägergerät, einen Mast, welcher ein am Trägergerät angebrachtes Mastunterteil und mindestens ein am Mastunterteil teleskopierbar gelagertes Mastoberteil aufweist, einen Schlitten, welcher entlang des Mastes verfahrbar gelagert ist, einen Bohrantrieb zum Antreiben eines Bohrgestänges, welcher an dem Schlitten angeordnet ist, und einen Schlittenantrieb zum Verfahren des Schlittens entlang des Mastes.
  • Verfahrensgemäß ist vorgesehen, dass zum Erstellen des Bohrloches ein Schlitten entlang eines Mastes verfahren und ein Bohrgestänge mittels eines Bohrantriebs drehend angetrieben wird.
  • Für den Transport eines Bohrgeräts, beispielsweise hin zum vorgesehenen Einsatzort, sind häufig vorgegebene maximale Abmessungen einzuhalten. Beispielsweise bestehen für einen Transport auf der Straße maximal zulässige Werte für die Höhe, Breite und Länge des Fahrzeugs beziehungsweise des Bohrgeräts.
  • Bei bekannten Bohrgeräten ist der Mast daher schwenkbar an dem Trägergerät gelagert, so dass er bei einem Transport des Bohrgeräts in eine im Wesentlichen horizontale oder zumindest geneigte Position gebracht werden kann.
  • Um ein Bohrgerät möglichst einfach und kostengünstig zum Einsatzort zu bringen und gleichwohl eine möglichst große Mastlänge für den Bohrbetrieb bereitzustellen, sind im Stand der Technik Bohrgeräte mit einem teleskopierbaren Mast bekannt. Hierdurch lässt sich die Mastlänge für den Transport auf ein zulässiges Maß reduzieren.
  • Bei den bekannten Bohrgeräten mit teleskopierbarem Mast dient dieser dazu, einen möglichst großen Verfahrweg des Schlittens entlang des Mastes bereitzustellen. Hierdurch lassen sich vergleichsweise lange Bohrgestänge einsetzen. Zum Verfahren des Schlittens sind dabei üblicherweise Seilantriebe vorgesehen, die flexibel an die Mastlänge anpassbar sind.
  • Der Erfindung liegt Aufgabe zugrunde, ein Bohrgerät sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Bohrgeräts anzugeben, welche bei einem kompakten Aufbau eine besonders wirtschaftliche Bohrlocherstellung ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bohrgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das Bohrgerät ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Schlittenantrieb einen hydraulischen Stellzylinder umfasst und dass der Schlitten mittels des hydraulischen Stellzylinders entlang des Mastunterteils verfahrbar ist.
  • Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen eines Rohrelementes, insbesondere eines Stützrohres, in das Bohrloch der Bohrantrieb nach Erstellen des Bohrloches aus einer Längsachse des Bohrloches herausgeschwenkt wird, dass ein Mastoberteil relativ zu einem Mastunterteil ausgefahren wird und dass das Rohrelement, insbesondere das Stützrohr, an dem ausgefahrenen Mastoberteil aufgehängt und in das Bohrloch eingebracht wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Bohrgerät kann es sich insbesondere um ein Bohrgerät, insbesondere ein Tiefbohrgerät, zur Erstellung von Vertikalbohrungen im Boden handeln. Die Bohrungen können beispielsweise für den Bau eines Brunnens oder einer geothermische Anlage erstellt werden.
  • Die Erfindung geht aus von einem Bohrgerät mit einem teleskopierbaren Mast, bei welchem ein Mastoberteil längsverschieblich an einem Mastunterteil gelagert ist. Ein solcher teleskopierbarer Mast bietet, insbesondere im Vergleich zu einem klappbaren Mast, eine höhere Steifigkeit. Es ist daher keine seitliche Abspannung zur Stabilisierung des Mastes erforderlich, so dass insgesamt ein kostengünstiges und kompaktes Konzept für eine Mastverlängerung bereitgestellt wird.
  • Durch den teleskopierbaren Mast wird gewährleistet, dass die Mastlänge zu Transportzwecken des Bohrgeräts auf eine zulässige Maximallänge reduziert und zu Betriebszwecken erhöht werden kann. Beispielsweise kann das Mastunterteil für eine Straßenzulassung eine Länge von etwa 6 Metern aufweisen.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, bei einem teleskopierbaren Mast den hieran gelagerten Schlitten, welcher auch als Bohrgetriebeschlitten bezeichnet werden kann, mittels eines Hydraulikzylinders zu verfahren. Ein Hydraulikzylinder ermöglicht hohe Vorschubkräfte und stellt außerdem einen besonders kompakten Schlittenantrieb dar.
  • Das Mastoberteil dient erfindungsgemäß insbesondere der Handhabung von Elementen, die in das erstellte Bohrloch eingebracht werden sollen. Das Mastoberteil ist somit zur Erstellung des Bohrloches nicht zwingend erforderlich, so dass es ausreichend ist, wenn der Schlitten lediglich oder ausschließlich entlang des Mastunterteils, jedoch nicht entlang des Mastoberteils, verfahrbar ist. Durch Ausfahren des Mastoberteils wird der Verfahrweg des Schlittens entlang des Mastes somit nicht notwendigerweise verlängert. Vielmehr kann der maximale Verfahrweg des Schlittens ausschließlich durch das Mastunterteil definiert sein.
  • Bei den in das Bohrloch einzubringenden Rohrelementen kann es sich insbesondere um Stützrohre handeln, welche beispielsweise bei der Erstellung von Brunnen- oder Geothermiebohrungen erforderlich sein können. Derartige Stützrohre weisen häufig eine größere Länge auf als einzelne Bohrgestängeschüsse oder Bohrgestängestücke, aus denen das Bohrgestänge zusammengesetzt sein kann. Durch das ausfahrbare Mastoberteil können solche langen Stützrohre, deren Länge größer ist als ein maximaler Verfahrweg des Schlittens entlang des Mastes, mittels des Bohrgeräts in das Bohrloch eingebracht werden. Hierzu kann das Mastoberteil ausgefahren und das Stützrohr über das ausgefahrene Mastoberteil in das Bohrloch eingebracht werden.
  • Ein erfindungsgemäßer Aspekt besteht somit darin, einen Mast bereitzustellen, dessen Länge in ausgefahrenem Zustand größer ist als eine maximale Länge eines zu verwendenden Bohrgestänges oder Bohrgestängestückes beziehungsweise als ein maximaler Verfahrweg des Bohrschlittens entlang des Mastes. Dabei ist der Schlitten vorzugsweise ausschließlich entlang des unteren Mastteils verfahrbar.
  • Zur Handhabung der in das Bohrloch einzubringenden Elemente ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Mastoberteil einen Mastkopf aufweist, an welchem, insbesondere zum Manipulieren eines in das Bohrloch einzubringenden Rohrelements, mindestens eine Seilumlenkrolle angeordnet ist. Das Mastoberteil selbst kann weitere zueinander teleskopierbare Mastteile umfassen, wobei die Umlenkrolle vorzugsweise am obersten Mastteil vorgesehen ist.
  • Zum Einbringen des Stützrohres ist es bevorzugt, dass der Bohrantrieb um eine in Längsrichtung des Mastes verlaufende Drehachse verschwenkbar an dem Schlitten angelenkt oder gelagert ist. Durch den verschwenkbaren Bohrantrieb kann dieser aus einer Längsachse des Bohrlochs, der Bohrlochachse, herausgeschwenkt werden, um die Bohrlochachse für ein einzubringendes Rohrelement, welches gegebenenfalls über dem Bohrantrieb aufgehängt sein kann, freizugeben. Vorzugsweise ist der Bohrantrieb derart verschwenkbar an dem Schlitten gelagert, dass der gesamte Querschnitt des erstellten Bohrloches in axialer Verlängerung nach oben freigegeben ist.
  • Der Bohrantrieb ist vorzugsweise seitlich verschwenkbar und kann sowohl in der ausgeschwenkten als auch in der eingeschwenkten Position verriegelbar sein. Zum Ausschwenken des Bohrantriebs ist vorzugsweise ein Ausschwenkzylinder in Form eines Hydraulikzylinders vorgesehen.
  • Eine konstruktiv vorteilhafte Ausführung sowie eine gute Nachrüstbarkeit herkömmlicher, insbesondere einstückiger, Masten kann dadurch erreicht werden, dass das Mastunterteil innerhalb des Mastoberteils angeordnet ist. Das Mastunterteil kann demnach auch als Innenmast und das Mastoberteil als Außenmast bezeichnet werden. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass gegebenenfalls im Inneren des Mastunterteils vorgesehene Bauteile, wie beispielsweise der Schlittenantrieb, durch das Mastoberteil nicht beeinträchtigt werden.
  • Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Mastoberteil eine Gitter- und/oder Fachwerkstruktur mit einem im Wesentlichen U- oder C-förmigen Querschnitt aufweist.
  • Der U- oder C-förmigen Querschnitt des Mastoberteils stellt einerseits einen sich in Längsrichtung erstreckenden inneren Aufnahmeraum für den Innenmast und andererseits einen sich ebenfalls in Längsrichtung erstreckenden seitlichen beziehungsweise vorderen Aufnahmeraum für den am Innenmast gelagerten Schlitten bereit. Das Mastoberteil beziehungsweise der Außenmast kann somit selbst dann eingefahren werden, wenn sich der Schlitten am Mastunterteil befindet. Das Mastunterteil weist vorzugsweise ebenfalls eine Gitter- und/oder Fachwerkstruktur auf. Diese kann analog des Mastoberteils einen U- oder C-förmigen oder auch einen rechteckrahmenförmigen Querschnitt aufweisen.
  • Ein vorteilhafter Schlittenantrieb wird dadurch bereitgestellt, dass der hydraulische Stellzylinder des Schlittenantriebs im Inneren des Mastunterteils angeordnet ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Stellzylinder sich innerhalb eines Querschnitts der Gitter- und/oder Fachwerkstruktur des Mastunterteils befindet. Weiterhin kann hierunter zu verstehen sein, dass der Stellzylinder zwischen zwei Längsecken oder -kanten des Mastunterteils, insbesondere mittig zwischen diesen, angeordnet ist.
  • Der Stellzylinder ist zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Position verstellbar. In der ausgefahrenen Position ist die Länge des Stellzylinders vorzugsweise kleiner als die Länge des Mastunterteils oder gleich dieser.
  • Zur Führung des Schlittens ist es bevorzugt, dass das Mastunterteil eine Führung oder Führungseinrichtung aufweist, an welcher der Schlitten verschiebbar gelagert ist. Die Führung oder Führungseinrichtung kann beispielsweise Führungsschienen umfassen, welche in Längsrichtung des Mastes laufen. Der Schlitten kann Führungsschuhe aufweisen, welche an der Führung beziehungsweise der Führungsschiene längsverschiebbar gelagert sind.
  • Besonders bevorzugt ist es, dass der Schlitten sowohl bei eingefahrenem als auch bei ausgefahrenem Mastoberteil entlang des Mastunterteils verfahrbar ist. Damit kann die Bohrung beispielsweise bei eingefahrenem Mastoberteil, also in einer kompakten Form des Mastes, erstellt werden. Nach Erstellung des Bohrloches ist es möglich, das Mastoberteil zum Einbringen von Stützrohren in das Bohrloch auszufahren. Die Verfahrbarkeit des Schlittens bei eingefahrenem und ausgefahrenem Mast kann insbesondere durch das U- oder C-förmige Mastoberteil beziehungsweise den Aufnahmeraum für den Schlitten erzielt werden.
  • Grundsätzlich kann zur Verschiebung des Mastoberteils relativ zum Mastunterteil ein beliebiger Teleskopierantrieb vorgesehen sein. Bevorzugt ist es jedoch, dass zum Verschieben des Mastoberteils relativ zum Mastunterteil mindestens ein Teleskopierzylinder vorgesehen ist. Dieser ermöglicht eine kompakte Bauform des Teleskopierantriebs.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des Teleskopierzylinders ist dadurch gegeben, dass der mindestens eine Telekopierzylinder außerhalb des Mastunterteils und/oder des Mastoberteils angeordnet ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Teleskopierzylinder außerhalb der Gitter- und/oder Fachwerkstruktur positioniert ist. Für eine gleichmäßige Krafteinleitung ist es bevorzugt, dass mehrere, insbesondere zwei oder vier, Teleskopierzylinder symmetrisch verteilt vorgesehen sind.
  • Hinsichtlich des Verfahrens ist es bevorzugt, dass der Schlitten zum Erstellen des Bohrloches ausschließlich entlang des Mastunterteils verfahren wird, wobei die Schlittenbewegung bei eingefahrenem Mastoberteil erfolgen kann. Zum Erstellen des Bohrloches wird der Bohrantrieb mit einem Bohrgestänge verbunden und durch Ein- oder Ausfahren des Stellzylinders in den Boden eingedreht. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine schlagende oder vibrierende Bewegung des Bohrgestänges erfolgen. Das Bohrgestänge kann aus mehreren, sukzessive aneinander zu reihenden Bohrgestängestücken aufgebaut sein, wobei jedes Bohrgestängestück vorzugsweise nicht länger ist als das Mastunterteil.
  • Vor, während oder nach dem Erstellen des Bohrloches wird das Mastoberteil nach oben ausgefahren. Hierdurch erfolgt eine Mastverlängerung. Der Bohrantrieb wird seitlich aus der Bohrlochachse herausgeschwenkt, um die Bohrlochachse für ein einzubringendes Rohrelement freizugeben. Das Rohrelement, insbesondere ein Stützrohr, kann dann beispielsweise an dem Mastoberteil aufgehängt und über das Mastoberteil in das erstellte Bohrloch herabgelassen werden. Hierzu kann insbesondere ein Seil verwendet werden, welches ausgehend von dem Trägergerät des Bohrgeräts über den Mastkopf geführt ist und an welchem das Rohrelement aufgehängt ist. Das Stützrohr kann insbesondere eine Länge aufweisen, die größer ist als eine maximale Länge eines Gestängeelements oder Gestängestücks des Bohrgestänges.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche schematisch in den beigefügten Figuren dargestellt sind, weiter beschrieben. In den Figuren zeigt:
    • Fig. 1
    ein erfindungsgemäßes Bohrgerät;
    Fig. 2
    eine perspektivische Ansicht eines teleskopierbaren Mastes gemäß der Erfindung;
    Fig. 3
    eine Rückansicht des teleskopierbaren Mastes aus Fig. 2;
    Fig. 4
    eine Vorderansicht des teleskopierbaren Mastes aus Fig. 2;
    Fig. 5
    eine perspektivische Ansicht eines schwenkbaren Bohrantriebs gemäß der Erfindung; und
    Fig. 6
    eine Ansicht des Bohrantriebs aus Fig. 5 von oben.
  • In den Figuren sind einander entsprechende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Ein erfindungsgemäßes Bohrgerät 10 umfasst ein Trägergerät 12, insbesondere ein Trägerfahrzeug, mit einer Fahrzeugkabine und einen an dem Trägergerät 12 schwenkbar um eine horizontale Schwenkachse gelagerten Mast 14. Das Trägerfahrzeug ist vorzugsweise für eine Straßenzulassung ausgelegt und umfasst entsprechend eine Mehrzahl von Rädern. Für einen Transport ist der Mast 14 aus einer im Wesentlichen vertikalen Betriebsposition zur Erstellung vertikaler Bohrungen in eine geneigte, insbesondere horizontale, Transportposition umlegbar.
  • Für eine möglichst geringe Länge des Mastes 14 in der Transportposition umfasst dieser ein an dem Trägergerät 12 schwenkbar gelagertes Mastunterteil 20 oder Mastbasiselement und ein an dem Mastunterteil 20 teleskopierbar gelagertes Mastoberteil 30.
  • Mastunterteil 20 und Mastoberteil 30 weisen jeweils eine Gitter- oder Fachwerkstruktur 16 auf und haben in der Aufsicht einen im Wesentlichen rechteckigen Außenumfang.
  • An dem Mastunterteil 20 ist ein Schlitten 40, welcher auch als Bohr- oder Bohrgetriebeschlitten bezeichnet werden kann, längsverschieblich gelagert. Das Mastunterteil 20 weist hierzu eine Führung 22 in Form von Führungsschienen auf. Der Schlitten 40 weist entsprechende Führungsschuhe 42 auf, die an den Führungsschienen des Mastunterteils 20 verschiebbar gelagert sind.
  • Das Mastoberteil 30 ist gegenüber dem Mastunterteil 20 nach oben ausfahrbar und an einem Außenumfang des Mastunterteils 20 gelagert beziehungsweise entlang eines Außenumfangs des Mastunterteils 20 verschiebbar geführt. Zum Ausfahren des Mastoberteils 30 gegenüber dem Mastunterteil 20 sind mehrere, insbesondere hydraulische, Teleskopierzylinder 70 vorgesehen. Hierdurch ist das Mastoberteil 30 gegenüber dem Mastunterteil 20 hydraulisch teleskopierbar.
  • Für ein Einfahren des Mastoberteils 30 bei am Mastunterteil 20 gelagerten Schlitten 40 beziehungsweise für eine Verfahren des Schlittens 40 am Mastunterteil 20 bei eingefahrenem Mastoberteil 30 weist das Mastoberteil 30 einen im Wesentlichen U- oder C-förmigen Querschnitt auf. Das Mastoberteil 30 umgibt das Mastunterteil 20 an zwei seitlichen Seiten und einer Rückseite. An einer Vorderseite des Mastoberteils 30 ist ein Freiraum ausgebildet, in welchem der Schlitten 40 bei eingefahrenem Mastoberteil 30 entlang des Mastunterteils 20 verfahrbar ist. Der Freiraum befindet sich insbesondere in Verlängerung der Führung 22 beziehungsweise der Führungsschienen des Mastunterteils 20.
  • Weiter stellt der U- oder C-förmigen Querschnitt des Mastoberteils 30 einen inneren Aufnahmeraum für das Mastunterteil 20 bereit.
  • Zur Schlittenverstellung, also zum Verfahren des Schlittens 40 entlang des Mastunterteils 20, ist ein Schlittenantrieb 46 vorgesehen. Dieser umfasst einen hydraulischen Stellzylinder 48, welcher einerseits am Schlitten 40 und andererseits am Mastunterteil 20 oder am Trägergerät 12 befestigt ist. Der Stellzylinder 48 umfasst ein Zylindergehäuse 50, in welchem eine Kolbenstange 52 längsverschieblich gelagert ist. Durch Ausfahren der Kolbenstange 52 wird der Schlitten 40 in Richtung eines Mastkopfes 32, also nach oben, verfahren.
  • An dem Schlitten 40 ist ein Bohrantrieb 60 zum Antreiben eines Bohrgestänges, welcher auch als Kraftdrehkopf bezeichnet werden kann, schwenkbar angebracht. Der Schlitten 40 weist ein Schwenkgelenk 64 auf, an welchem der Bohrantrieb 60 um eine in Längsrichtung des Mastes 14 verlaufende Schwenkachse 62 verschwenkbar gelagert ist.
  • Durch das insbesondere seitlich am Schlitten 40 vorgesehene Schwenkgelenk 64 kann der Bohrantrieb 60 seitlich verschwenkt und insbesondere aus einer Längsachse eines erstellten Bohrloches herausgeschwenkt werden. Durch den ausgeschwenkten Bohrantrieb wird ein Freiraum 72 für ein in das Bohrloch einzubringendes Stützrohr 74 geschaffen. Das Schwenkgelenk 64 ist vorzugsweise so angebracht, dass ein Ausschwenken des Bohrantriebs 60 um einen Winkel von mindestens 120° gewährleistet wird. Dies ermöglicht ein einfaches Einbringen des Stützrohres 74 ohne Gefahr einer Beschädigung des Kraftdrehkopfes.
  • Gegebenenfalls kann an zwei Seiten des Schlittens 40 ein Schwenkgelenk 64 vorgesehen sein, so dass der Bohrantrieb 60 wahlweise zu einer ersten Seite oder zu einer zweiten Seite ausgeschwenkt werden kann. Zur Verriegelung des Bohrantriebs 60 in der eingeschwenkten Position kann eine Riegeleinrichtung 66 vorgesehen sein.
  • Zum Einbringen des Stützrohres 74 und gegebenenfalls zur Handhabung weiterer Bohrwerkzeuge oder anderer Elemente sind am Mastkopf 32 eine oder mehrere Seilumlenkrollen 34 angeordnet. Ein Seil kann ausgehend vom Trägergerät 12 über die Seilumlenkrollen 34 geführt und umgelenkt werden. Vorzugsweise sind am Seil Befestigungsmittel vorgesehen, mit welchen das Stützrohr 74 am Seil aufgehängt werden kann.
  • An dem Trägerfahrzeug kann weiterhin eine Seilwinde angeordnet sein, auf welche das über die Umlenkrollen 34 geführte Seil aufspulbar ist. Durch Abspulen des Seils von der Seilwinde kann das Stützrohr 74 in das Bohrloch abgesenkt werden.

Claims (11)

  1. Bohrgerät, insbesondere zum Erstellen eines Bohrloches im Boden, mit
    - einem Trägergerät (12),
    - einem Mast (14), welcher ein am Trägergerät (12) angebrachtes Mastunterteil (20) und mindestens ein am Mastunterteil (20) teleskopierbar gelagertes Mastoberteil (30) aufweist,
    - einem Schlitten (40), welcher entlang des Mastes (14) verfahrbar gelagert ist,
    - einem Bohrantrieb (60) zum Antreiben eines Bohrgestänges, welcher an dem Schlitten (40) angeordnet ist, und
    - einem Schlittenantrieb (46) zum Verfahren des Schlittens (40) entlang des Mastes (14),
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Schlittenantrieb (46) einen hydraulischen Stellzylinder (48) umfasst und
    - dass der Schlitten (40) mittels des hydraulischen Stellzylinders (48) entlang des Mastunterteils (20) verfahrbar ist.
  2. Bohrgerät nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Mastoberteil (30) einen Mastkopf (32) aufweist, an welchem, insbesondere zum Manipulieren eines in das Bohrloch einzubringenden Rohrelements, mindestens eine Seilumlenkrolle (34) angeordnet ist.
  3. Bohrgerät nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bohrantrieb (60) um eine in Längsrichtung des Mastes (14) verlaufende Drehachse verschwenkbar an dem Schlitten (40) angelenkt ist.
  4. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Mastunterteil (20) innerhalb des Mastoberteils (30) angeordnet ist.
  5. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Mastoberteil (30) eine Gitter- und/oder Fachwerkstruktur (16) mit einem im Wesentlichen U- oder C-förmigen Querschnitt aufweist.
  6. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der hydraulische Stellzylinder (48) des Schlittenantriebs (46) im Inneren des Mastunterteils (20) angeordnet ist.
  7. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Mastunterteil (20) eine Führung (22) aufweist, an welcher der Schlitten (40) verschiebbar gelagert ist.
  8. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schlitten (40) bei eingefahrenem und bei ausgefahrenem Mastoberteil (30) entlang des Mastunterteils (20) verfahrbar ist.
  9. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Verschieben des Mastoberteils (30) relativ zu dem Mastunterteil (20) mindestens ein Teleskopierzylinder (70) vorgesehen ist.
  10. Bohrgerät nach Anspruche 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Teleskopierzylinder (70) außerhalb des Mastunterteils (20) und/oder außerhalb des Mastoberteils (30) angeordnet ist.
  11. Verfahren zum Betreiben eines Bohrgeräts (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zum Erstellen eines Bohrloches
    - ein Schlitten (40) entlang eines Mastes (14) verfahren und
    - ein Bohrgestänge mittels eines Bohrantriebs (60) drehend angetrieben wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass zum Einbringen eines Rohrelementes, insbesondere eines Stützrohres (74), in das Bohrloch der Bohrantrieb (60) nach Erstellen des Bohrloches aus einer Längsachse des Bohrloches herausgeschwenkt wird,
    - dass ein Mastoberteil (30) relativ zu einem Mastunterteil (20) ausgefahren wird und
    - dass das Rohrelement, insbesondere das Stützrohr (74), an dem ausgefahrenen Mastoberteil (30) aufgehängt und in das Bohrloch eingebracht wird.
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