Bohrwerkzeug

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrwerkzeug in einer Ausbildung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Bohrwerkzeug dieser Art (DE-C-37 01 914), wie es zum Pilotkernen Anwendung findet, ist der Tieflochmotor für den Antrieb des Kernrohrs der Kernbohreinheit als Moineau-Motor ausgebildet und mitaufziehbarer Bestandteil der Kernbohreinheit. Dabei ist der Stator des Tieflochmotors in Längsführungen des Außengehäuses unverdrehbar, jedoch axial verschiebbar abgestützt, und das Kernrohr der Kernbohreinheit ist im unteren Endbereich des Stators des Tieflochmotors drehbar gelagert und mit der Abtriebswelle des Tieflochmotors verbunden. Ein ähnliches Bohrwerkzeug veranschaulicht die US-A-4 518 050, bei der als Tieflochmotor eine Bestandteil der aufziehbaren Kernbohreinheit bildende Turbine vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug zu schaffen, dessen Pilotbohreinheit mit besonders hoher Leistung antreibbar ist. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein Bohrwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 5 verwiesen.

Die erfindungsgemäße Gestaltung des Bohrwerkzeugs schafft eine außenordentlich einfache Pilotbohreinheit, die praktisch nur aus einem Rohrkörper mit direkt an dessen oberen Ende angebrachter Fangvorrichtung und dem gegebenenfalls im unteren Teil des frei drehbar gelagerten Innenrohrs besteht. Die dem Außengehäuse des Bohrwerkzeugs zugeordnete Turbine kann infolge dieser Zuordnung mit wesentlich größerem Durchmesser ausgeführt und für wesentlich höhere Leistungen und Drehzahlen ausgelegt werden, so daß das Pilotbohrwerkzeug erfindungsgemäßer Ausbildung besonders für Kernbohrarbeiten in Hartgestein geeignet ist.

Hinsichtlich weiterer Einzelheiten wird auf die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnung verwiesen, in der in einem abgebrochenen, schematischen Querschnitt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung näher veranschaulicht ist.

Das dargestellte Bohrwerkzeug umfaßt im einzelnen ein rohrförmiges Außengehäuse 1, das über Anschlußmittel, insbesondere ein Schraubgewinde, an seinem oberen Ende mit einem Bohrrohrstrang verbindbar ist, der in bekannter Weise mittels eines oberirdischen Antriebs, z.B. des Drehtisches eines Bohrturms, antreibbar, statt dessen aber auch stillsetz- und in einer vorbestimmten Ausrichtstellung gegen Umdrehungen feststellbar ist.

An seinem unteren Ende kann das Außengehäuse 1 eine Bohrkrone 2 tragen, die jede bekannte bzw. geeignete Ausbildung haben kann. Diese Bohrkrone 2 kann in besonderen Fällen auch entfallen, nämlich dann, wenn - zum Nachbohren des Bohrlochs von dem Durchmesser einer vorausgebohrten Pilotbohrung auf Hauptbohrungsdurchmesser - ein besonderes, im Austausch zum Einsatz gelangendes Bohrwerkzeug, z.B. ein Vollbohrwerkzeug, ein Vollbohrwerkzeug mit Vertikalbohrcharakteristik od.dgl., zum Einsatz gelangt, oder Aufbohrarbeiten entfallen, wie dies z.B. bei Meeresbodenerkundungen der Fall sein kann.

Das dargestellte Bohrwerkzeug umfaßt ferner als Pilotbohreinheit eine Kernbohreinheit 3, die Mittels einer an ihrem oberen Ende angeordneten Fangvorrichtung 4 aus dem Außengehäuse 1 aufziehbar und in dieses absetzbar sowie in diesem während des Kernbohrbetriebs axial verschiebbar ist.

Die Kernbohreinheit 3 weist von der Bohrspülung während des Kernbohrbetriebs beaufschlagbare Reaktionsflächen 5 zur Erzeugung einer auf die Kernbohreinheit in Sohlenrichtung der Bohrung wirkenden axialen Vorschubkraft auf und umfaßt ein Kernrohr 6 sowie ein in einer unteren Erweiterung des Kernrohrs 6 mittels einer Lagervorrichtung 8 um die Längsmittelachse 9 des Bohrwerkzeugs frei drehbar gelagertes Innenrohr 7 für die Aufnahme eines erbohrten Kerns. Das Kernrohr 6 weist an seinem unteren Ende eine eigene Bohrkrone 10 auf und hat einen axialen Strömungskanal 11, der oberhalb der Lagervorrichtung 8 in Verzweigungen 12 übergeht und in einen Strömungsspalt 13 zwischen dem Kernrohr 6 und dem Innenrohr 7 mündet. Am oberen Ende des Kernaufnahmeraums 14 im Innenrohr 7 ist dieses mit einem Rückschlagventil 15 versehen, das beim Einfahren der Kernbohreinheit 3 in ein Bohrloch öffnet und eine aufwärts gerichtete Durchströmung von im Bohrrohrstrang und im Bohrwerkzeug enthaltener Bohrspülung erlaubt.

Stattdessen kann die Pilotbohreinheit 3 auch einen als Träger eines Volldrehbohrwerkzeugs ausgebildeten, mit der Fangvorrichtung 4 versehenen Rohrkörper aufweisen, der wahlweise zu einer Kernrohrausführung zum Einsatz kommen kann, z.B. zu abwechselnden Voll- und Kernbohrarbeiten.

Das Bohrwerkzeug umfaßt ferner einen bohrspülungsbetriebenen Tieflochmotor, der als bohrspülungsbetriebene Turbine 16 ausgebildet ist. Dabei bildet das Außengehäuse 1 den Stator und ein rohrförmiges Innengehäuse 17, das im Außengehäuse 1 drehbar gelagert und dabei axial ortsfest abgestützt ist, den Rotor der Turbine 16. Das den Rotor der Turbine 16 bildende Innengehäuse 17 ist an seiner Innenseite mit axial ausgerichteten Längsführungen 18 versehen, durch die die Kernbohreinheit im Betrieb axial verschiebbar abgestützt ist. Die Längsführungen 18, die vorzugsweise von einem Vielnutprofil gebildet sind, stehen in Umfangsrichtung in Mitnahmeeingriff mit Keilbereichen 19 am oberen Ende des Kernrohrs 6, so daß bei Betrieb der Turbine 16 diese unmittelbar das Kernrohr 6 antreibt.

Sowohl bei Ausbildung des Rohrkörpers als Kernrohr, als auch bei Ausbildung als Volldrehbohrmeißel-Träger können in den Rohrkörper unterhalb dessen Eingriffsbereichs 19 mit dem Innengehäuse 17 Verlängerungsrohrkörper eingesetzt werden, um die Pilotbohrstrecke zu vergrößern.

Infolge der Zuordnung der Turbine 16 zum Außengehäuse 1 kann die Turbine 16 mit relativ großem Durchmesser ausgeführt und dementsprechend für besonders hohe Leistungen und Drehzahlen ausgelegt werden. Während des Betriebs der Turbine 16 für das Pilotbohren mit Hilfe der sich dabei fortschreitend abwärts im Außengehäuse 1 verlagernden Pilotbohreinheit 3 kann das Außengehäuse 1 stillgesetzt werden oder gleichzeitig eine Eigenumdrehung vermittels des oberirdischen Antriebs über den Bohrrohrstrang ausführen. Auf diese Weise ist es in dafür geeigneten Formationen möglich, schon kurz nach Beginn eines Pilotkernbohrens und vor dessen Abschluß bereits mit dem Aufbohren des Bohrlochs zu beginnen.

Bei Pilotkernbohrungen wird nach Erbohren eines Kerns die Kernbohreinheit 3 samt im Aufnahmeraum 14 des Innenrohrs 7 befindlichem Kern aufgezogen und nach oberirdischer Entnahme des Kerns wieder eingefahren und in das den Innenrotor der Turbine 16 bildende Innengehäuse 17 des Bohrwerkzeugs abgesetzt. Während des Aufzieh- und des Absetzvorganges der Kernbohreinheit 3 kann das Aufbohren der Pilotkernbohrung bis hin zur Sohle der Pilotkernbohrung vorgenommen werden.

Aber auch in Fällen, in denen ein Aufbohren von Pilotbohrungen nicht erforderlich ist, z.B. bei Untersuchungen von Meeresböden, bei denen das Außengehäuse 1 ohne eigene Bohrkrone Verwendung finden und mit seinem unteren Ende auf den Meeresboden aufgesetzt werden kann, ist die Zuordnung der Turbine zum Außengehäuse 1 aus Leistungsgründen, aber auch aus Gründen eines tiefgelegten Antriebs für die Pilotbohreinheit, gewissermaßen im Sinne eines nahe an die Bohrsohle heranversetzten Drehtisches, von Bedeutung, insbesondere bei größeren Wassertiefen und durch Verlängerungen gebildete Pilotbohrstränge von erheblicher Länge.