DE2507220A1

DE2507220A1 - Kernrohrbohrvorrichtung

Info

Publication number: DE2507220A1
Application number: DE19752507220
Authority: DE
Inventors: Emory Eugene Fulford
Original assignee: New Jersey Zinc Co
Current assignee: New Jersey Zinc Co
Priority date: 1974-04-19
Filing date: 1975-02-20
Publication date: 1975-10-30
Also published as: SE7500174L; JPS50137302A; CA1012530A; ZA75243B; GB1475632A; SE412430B; JPS534041B2; US3874466A

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-irg. H. EERKENiSLD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 17. 2. 1975 Name d. Anm. The NeW Jersey Ü

Company

K ernr ohrb ohrvorri chtung

Kernrohrbohrvorrichtungen sind sowohl für Ölbohrungen als auch für Bergwerksbohrungen in hartem Gestein bekannt und vielfach verbreitet. Diese Anwendungszwecke für das Kernbohren haben trotz bestimmter Unterschiede vieles gemeinsam. Ein Unterschied besteht darin, daß das Kernbohren bei einer Ölbohrung üblicherweise in erheblichen Tiefen unterhalb der Erdoberfläche stattfindet, während bei Bohrungen in hartem Gestein der Abstand von dem Kernbohrer zur Bohrmaschine normalerweise erheblich geringer ist. Ein anderer, wesentlicher Unterschied besteht darin, daß bei Ölbohrungen fast ausschließlich in Richtung nach unten gebohrt wird, während bei Bohrungen in hartem Gestein der Bohrvorgang entweder horizontal oder nach oben gerichtet ist. Für die letztgenannten Fälle sind am Werkzeug Änderungen erforderlich, da in diesen Fällen die Schwerkraft nicht dazu eingesetzt werden kann, das Kernrohr nahe an dem Bohrgerät anzuordnen.

Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Kernrohr vorgesehen, welches bezüglich seiner Anordnung und bezüglich des Herausziehvorganges vielfach verwendbar ist. Insbesondere ist es möglich, das erfindungsgemäße Kernrohr aus nach oben gerichteten, horizontal angeordneten oder nach unten gerichteten Bohrlöchern herauszupumpen bzw. in diese Bohrlöcher hineinzupumpen. Das Kernrohr kann außerdem mittels eines Drahtzuges aus nach oben, horizontal oder

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nach unten gerichteten Bohrlöchern herausgepumpt und herausgezogen werden.

Vorrichtungen mit herein- bzw. herauspurapbaren Kernrohren sind nachfäem sich aus den US-Patentschriften 2 073 263, 2 145 170,

2 220 554, 2 277 909 und 3 066 74d ergebenden Stand der Technik bekannt. Die in der US-PS 3 543 370 beschriebene Vorrichtung ist in diesem Zusammenhang von geringerem Interesse. Von allgemeinerem Interesse sind die in den US-Patentschriften 743 910,

3 120 242, 3 120 233, 3 225 845 und 3 333 647 beschriebenen Vorrichtungen.

Die nach dem Stande der Technik bekannten Kernbohrvorrichtungen mit herein- bzw. herauspumpbaren Kernrohren weisen entweder einen oder beide der nachfolgend genannten Nachteile auf:

1) Die Vorrichtungen weisen eine Ventilanordnung auf, die durch Bohrklein oder Bohrflüssigkeit mechanisch beschädigt und/oder Srοsionsschaden erleiden kann;

2) Die Rasteinrichtung ist nicht positiv verriegelt, sondern ein Lösen kann lediglich durch Druckunterschiede erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, über eine Pumpbewegung bewegbares Kernrohr zu schaffen, welches für das Kernbohren in nach oben gerichteten, in horizontal angeordneten oder in nach unten gerichteten Bohrlöchern verwendet werden kann.

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Die zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen ergeben sich aus den Patentansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1A, 1B und 1C Längsschnitt-Teilansichten eines Ausführungsbeispiels einer Kernbohrvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei sich die gesamte Kernbohrvorrichtung ergibt, wenn die Einzelfiguren längs der Linien A-A und B-B zusammengefügt gedacht sind;

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1Δ bei der Entriegelungsstellung zwischen dem Kernrohr und dem umgebenden Seilkernrohr j

Fig. 3 einen horizontalen Schnitt durch die Kernbohrvorrichtung gemäß Fig. 1A in der durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung längs der Linie 3-3;

Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, in der ein Entnahmeelement dargestellt ist, welches zur Betätigung der Verriegelungseinrichtung von der in Fig. 1A gezeigten Lage in die in Fig. 2 gezeigte Lage dient.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist eine Kernbohrvorrichtung 10 dargestellt, die ein Bohrrohr 12, einen Nippel 14 und ein oder mehrere Rohrverbindungen 16, 18 aufweist. Diese Teile sind miteinander verschraubt und bilden insgesamt ein Seilkernrohr 20, welches an einem Ende einen Ring- oder Kernbohrer 22 aufweist. Die Kernbohrvorrichtung weist außerdem ein in der in Fig. 1 gezeigten Lage

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mit dem Seilkernrohr 20 verriegeltes Kernrohr 24 auf. Das Kernrohr ist in der in Fig. 1 gezeigten Lage relativ zu dem Kernbohrer 22 in einer Kernaufnahmestellung verriegelt. Wie weiter unten noch näher erläutert werden wird, kann das Kernrohr 24 aus dem Seilkernrohr 20 zurückgezogen werden, um von dem Kernbohrer abgeschnittene Kerne bekommen zu können. Nach dem Zurückziehen des Kernrohres aus dem Seilkernrohr und dem Entfernen des Kernes daraus, wird das Kernrohr 24 zum weiteren Bohren wieder in das Seilkernrohr 20 eingesetzt.

Die wesentlichen Funktionen des in den Figuren 1B und 1C dargestellten Teils der Kernbohrνorrichtung liegen, wie für Fachleute ohne weiteres ersichtlich, darin, den von dem Kernbohrer geschnittenen Kern möglichst ohne Beschädigung desselben aufzunehmen und festzuhalten, den so geschnittenen Kern während oder vor dem Zurückziehen des Kernrohres 24 von dem dem Bohrende des Seilkernrohres gegenüberliegenden Ende abzubrechen und es zu ermöglichen, daß durch und um das Seilkernrohr Bohrflüssigkeit zirkulieren kann. Obgleich der in den Figuren 1B und 1C dargestellte Teil der Kernbohrvorrichtung von beliebiger Gestaltung sein kann, ist aus Gründen einer vereinfachten Darstellung dieser Teil der Bohrvorrichtung 10 als das Modell AQ-U der Longyear Company dargestellt. Für den vorliegenden Zweck reicht die Feststellung aus, daß das Kernrohr 24 einen inneren Kernaufnähmeteil 26 mit dem Kernbohrer benachbarten Kernhebern 28 aufweist. Zwischen dem Kernaufnahmeteil sind weiterhin Stabilisierungselemente 30 angeordnet, um diesen zu zentrieren. An das obere Ende des Kernaufnahmeteils 26 schließt sich ein zum Einspritzen von Schmiermittel in eine Feder- und Lageranordnung 34 vorgesehener Klappöler 32 an. Oberhalb der Feder- und Lageranordnung 34 ist eine doppelte Absperrventil-

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anordnung 36 vorgesehen, welche eine Mehrzahl von Gummischeiben 38, 40 und ein Paar Metallscheiben 42, 44 aufweist. Die Scheiben 38, 40 können in herkömmlicher Weise mittels einer oberhalb der Ventilanordnung 36 vorgesehenen Mutter 46 vorgespannt werden.

Überhalb der Ventilanordnung 36 ist eine Einstelleinrichtung angeordnet, die es ermöglicht, zwischen dem Ende des Kernaufnahmeteils 26 und dem Kernbohrer 22 einen geeigneten Spalt aufrecht zu erhalten, wie in Fig. 1C dargestellt. Die Einstelleinrichtung 48 v/eist eine auf einer ctange 52 aufgeschraubte Mutter 50 auf.

Oberhalb der Einstelleinrichtung 43 ist eine Ventilgehäuse- und Aufhängeeinrichtung 54 vorgesehen. Die Einrichtung 54 weist ein mit der Stange 52 verschraubtes unteres Ende 56 und ein oberes Ende auf, welches eine Schulter 58 zum Abstützen auf einem zwischen Einsteck- und Aufnahmekupplungsteilen des Seilkernrohres 20 vorgesehenen Einsatz 60 aufweist. Demgemäß wird das Kernrohr durch die Zusammenwirkung der Schulter 58 und des Einsatzes 6ü gegen eine weitere Bewegung in Richtung auf den Kernbohrer 22 zurückgehalten.

In der Einrichtung 54 ist ein axialer Kanal 62 vorgesehen, welcher mit einer Mehrzahl von oberhalb des Einsatzes 60 vorgesehenen Kanälen 64 und einer Mehrzahl von unterhalb des Einsatzes 60 vorgesehenen Kanälen 66 in Verbindung steht. Die Kanäle 62, 64 und 66 bilden über die Einrichtung 54 einen Beipaß, welcher über ein in Schließrichtung durch eine Feder 70 vorgespanntes Kugel-

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ventil 68 geschlossen ist. Eine 0-Ringdichtung 72 ist zwischen der Einrichtung 54 und dem Einsatz 60 vorgesehen.

Der bisher beschriebene Teil der Kernbohrvorrichtung 10 ist, wie für Fachleute ohne weiteres ersichtlich, das Modell AQ-U der Firma Longyear. Zur näheren Erläuterung kann daher auf Publikationen der Lonyear-Company verwiesen werden.

Die Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus Fig. 1A und Fig. 2. Das Kernrohr 24 weist ein einstückig mit der Ventilgehäuse- und Aufhängevorrichtung 54 ausgebildetes oder daran befestigtes rohrförmiges Gehäuse 74 auf. Innerhalb des Gehäuses 74 sind ein Verriegelungsmechanismus 76 und eine Verriegelungsbetätigungseinrichtung 78 vorgesehen.

Der Verriegelungsmechanismus weist paarweise angeordnete, im wesentlichen gleich ausgebildete Rastelemente 80, 82 auf, die, wie in den Figuren 1A bzw. 2 dargestellt, um einen gemeinsamen Stift 84 schwenkbar zwischen einer Einraststellung und einer Ausraststellung angeordnet sind. Der hohle Stift 84 erstreckt sich durch das Gehäuse 74, so daß die Vordernasen der Rastelemente 80, 82 gegen einen Anschlag 88 anliegen. Der Anschlag 88 liegt über ein Stiftpaar 90 gegen das Gehäuse 74 an. Die Rastelemente 80, 82 weisen eine nach oben gerichtete Rastschulter 92 bzw. 94 auf, die zur Anlage gegen eine nach unten gerichtete Schulter 96 dient, welche durch die Anordnung der Einsteckverbindung des Bohrrohres 12 und einer durch den Nippel 14 vorgesehenen, vergrößerten Nut 98 gebildet ist. Die Rastelemente 80, 82 weisen jeweils einen

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sich nach oben erstreckenden, eine geneigte Nockenfläche 102 aufweisenden Vorsprung 100 auf. Dieser dient dazu, die Rastelemente 80, 82 in die in Fig. 2 dargestellte Ausraststellung zu bewegen und zu halten. Um die Rastelemente 80, 82 in der in Fig. 1A dargestellten Verriegelungsstellung zu halten, ist ein Anschlag 104 vorgesehen. Wie weiter unten noch näher erläutert werden wird, werden die Rastelemente 80, 32 positiv in ihrer Einraststellung gehalten, in welcher eine Relativbewegung zwischen dem Kernrohr 24 und dem Seilkernrohr 20 in eine von dem Kernbohrer 2 weg gerichtete Richtung verhindert wird.

Die Verriegelungsbetätigungseinrichtung 78, die einen wesentlichen Teil der vorliegenden Erfindung darstellt, weist ein sich axial von dem Kernrohr 24 erstreckendes Betätigungsglied 106 auf. Das Betätigungsglied 106 weist einen ersten, im wesentlichen zylindrischen Teil 108 auf, welcher hin und her gleitbar in länglichen, axialen, durch ein Paar von Lagerblöcken 110, 112 gebildeten axialen öffnungen angeordnet ist. Die Lagerblöcke 110, 112 sind mittels geeigneter Befestigungsschrauben 114, 116 an dem Gehäuse 74 angebracht. Der zylindrische Teil 108 weist eine zwischen den Lagerblöcken 110 und 112 vorgesehene Verbreiterung 118 auf. Wie aus Fig. 1A ersichtlich, wirken der Block 110 und die Verbreiterung 118 dahingehend zusammen, daß für die Hin- und Herbewegung des Teiles 100 in einer ersten Einraststellung der Rastelemente 82, 84 eine erste Bewegungsbegrenzung gebildet wird. Zwischen der Verbreiterung 118 und dem Block 112 ist eine geeignete Feder 120 angeordnet, mittels derer in Normallage das Betätigungsglied 106 gegen die erste, in Fig. 1A dargestellte Rastlage vorgespannt ist.

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An einem Ende des Teils 108 ist ein Ansatz oder Vorsprung 122 vorgesehen, welcher in der ersten Lage des Betätigungsgliedes 106 dahingehend wirkt, daß er gegen die Anschläge 104 der Rastelemente 80, 62 anliegt, wodurch eine nach innen gerichtete Schwenkbewegung der Rastelemente aus der Einraststellung innerhalb des Seilkernrohres 20 verhindert wird. Wie in Fig. 1A dargestellt, gerät der Ansatz 122 in seine relativ zu den Anschlägen 104 liegende Rastlage, wenn sich die Verbreiterung 118 der ersten Bewegungsbegrenzung mit dem Lagerblock 110 nähert. Wie weiter unten näher erläutert werden wird, wird durch den Ansatz 122 positiv eine Bewegung der Rastelemente 80, &2 in ihre Ausraststellung verhindert.

Auf dem ersten zylindrischen Teil 108 ist zwischen der Verbreiterung 118 und dem Ansatz 122 ein unterhalb des Lagerblockes 112 angeordnetes Mitnehmerelement 124 vorgesehen, durch welches eine innere, im wesentlichen kegelstumpfförmige Nockenfläche 126 gebildet wird, die dazu vorgesehen ist, sich bei einer Abwärtsbewegung des Betätigungsgliedes 10ό gegen die Nockenfläche 102 der Rastelemente 80, 82 anzulegen. Wie in Fig. 2 dargestellt, bewegt das Mitnehmerelement 124 die Rastelemente 80, 82 bei einer Bewegung des Betätigungsgliedes 106 zum Kernbohrer 22 hin in die Ausraststellung. Wie ersichtlich, wird die Bewegungsbegrenzung des Betätigungsgliedes 106 zum Bohrer 22 hin durch die Anlage des Mitnehmerelementes 124 gegen die Rastelemente 80, 82 durch Zusammenwirken der Verbreiterung 118 und der Feder 120 bestimmt. In jedem Fall ist in einer zweiten Ausraststellung der Rastelemente 80, 82 eine zweite Begrenzung für die Hin- und Herbewegung des

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Elementes 106 vorgesehen. Solange das Element 106 positiv in der in Fig. 2 gezeigten Lage gegen die Vorspannung der Feder 120 gehalten ist, wird eine Bewegung der Rastelemente in die Raststellung positiv verhindert.

Das Betätigungsglied 106 weist außerdem einen einen zylindrischen Ventilkörper 130 aufweisenden zweiten Teil 128 auf, welcher mit dem ersten Teil 108 verbunden ist und eine Mehrzahl schräg verlaufender, sich durch die beite des Ventilkörpers nach außen öffnende und mit einem Kanal 134 in Verbindung stehende Kanäle 132 aufweist. Der Kanal 134 wird durch eine fest mit dem Ventilkörper 130 ausgebildete, zylindrische Manschette 136 gebildet. Der Ventilkörper 130 und die Innenseite des rohrförmigen Gehäuses 74 sind größenmäßig so gestaltet, daß über die Bewegungsbegrenzungen des Ventilkörpers 130 relativ enge Passungen vorhanden sind.

Wie aus Fig. 1A ersichtlich, fluchten die Ventilkanäle 132 in der Einraststellung der Verriegelungsbetätigungseinrichtung 78 mit einem Kanal 133 in dem rohrförmigen Gehäuse 74. Wie ersichtlich, wird in dieser Lage entsprechend der durch den Pfeil 140 gekennzeichneten Richtung in das Seilkernrohr 20 nach unten gepumpte Flüssigkeit durch die Kanäle 134, 132, 138 in den zwischen dem Kernrohr 24 und dem Seilkernrohr 20 befindlichen Ringraum, wie durch die Pfeile 142 angedeutet.

Oben auf das rohrförmige Gehäuse 74 ist ein Kragen bzw. ein Kupplungselement 144 aufgeschraubt, welches eine in der Raststellung der Verriegelungsbetätigungseinrichtung 78 gegen die Oberseite

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des Ventilkörpers 130 anliegende Oberfläche 146 aufweist. Zwischen dem Kragen 144 und einer Schraube 150 ist eine zum Abdichten gegen das Innere des Seilkernrohres 20 dienende Dichtscheibe 148 vorgesehen. Aus Gründen, die weiter unten erläutert werden, ist auf die Oberseite des Kragens ein Laschenansatz oder Einschnappbereich 152 aufgeschraubt. Wie ersichtlich, ist die Normallage der Verriegelungsbetätigungseinrichtung 76 infolge der durch die Feder 120 ausgeübten Vorspannung die in Fig. 1A dargestellte Raststellung oder Verriegelungsstellung. Um das in der in Fig. 1 in der Bohrlage dargestellte Kernrohr 24 unten an einer Bohrmaschine anzuordnen, drückt der Bedienungsmann auf die Manschette 136, wodurch die Feder 120 zusammengedrückt wird und die Rastelemente 80, 82 in die in Fig. 2 gezeigte Lage zurückgezogen werden. Das Kernrohr 24 wird dann in die offene Kragenseite der der Bohrmaschine zugewandten, offenen Rohrleitungsverbindung soweit eingesetzt, bis die Rastelemente 80, 82 innerhalb liegen. Der Innendurchmesser des Bohrrohres 12 ist ausreichend klein um zu verhindern, daß die Rastelemente 80, 82 sich soweit öffnen können, daß der Ansatz zwischen die Anschläge 104 gelangen könnte.

Das Kernrohr wird in die der Bohrmaschine zugewandte offene Seite der Bohrrohranordnung hineingedrückt. Anschließend wird eine Kappe aufgeschraubt. Durch die Kappe wird ein Druckmedium zugeführt, derart, daß Wasser oder eine andere Bohrflüssigkeit in das Seilkernrohr 20 eingepumpt werden kann. Ein Einpumpen von Flüssigkeit in die Kappe hat eine Reaktionskraft gegen die Dichtung 148 zur Folge, was bewirkt, daß das Kernrohr 24 durch das

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oeilkernrohr 20 Ms zum Kernbohrer 22 gepumpt wird. Wenn das Kernrohr dort angelangt ist, legt sich die Schulter 58 gegen den Einsatz 60 an, wodurch eine weitere Bewegung des Kernrohres 24 in Richtung auf den Kernbohrer 22 verhindert wird. Der Zwischenraum zwischen dem Einsatz 60 und dem Nippel 14 ist so gewählt, daß die Rastelemente 80, 82 der Schulter 96 zugewandt liegen. Werden die Rastelemente 80, 82 gelöst, so daß sie sich um ihren Schwenkstift 84 bewegen können, spannt die Feder 120 das Betätigungsglied 106 gemäß Fig. 1Ä nach oben vor, so daß sich der Ansatz 122 gegen die Innenkante der Rastelemente 80, 82 anlegt, wodurch diese nach außen hin vorgespannt werden und zwischen die Anschläge 104 gelangen, wodurch die Rastelemente SO, 82 in ihrer iLiriraststellung verriegelt werden.

Bei einer Drehung und Vorwärtsbewegung des Seilkernrohrs 20 tritt der durch den Kernbohrer 22 abgeschnittene Kern in den Kernaufnahmeteil 26 ein, was an sich eine Bewegung des Kernrohres 24 von dem Kernbohrer 22 v/eg zur Folge haben würde. Dies wird jedoch durch die Anlage der Schultern 92, 94, 96 verhindert.

Nach dem Schneiden eines Kerns von ausreichender Länge ist es natürlich erforderlich, das Kernrohr 24 zurückzuholen, um den Kern aus dem Kernaufnahmeteil 26 zu entfernen und diesen begutachten zu können. Dazu wird die Zirkulation der Bohrflüssigkeit durch das Seilkernrohr 20 nach unten hin gestoppt, und der umlaufende Kopf wird von der Verbindung der Bohrleitung an der Bohrmaschine entfernt. In das Seilkernrohr 20 wird ein in Fig. 4 dargestelltes Entnahmeelement 154 eingesetzt.

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Das Entnahmeelement 154 weist ein Gehäuse 156 mit paarweise angeordneten, schwenkbar um einen Stift 162 angeordneten Rastarmen 156, 160 auf. Die Arme 158, 16O sind mit Festhakschultern 164 bzw. 166 versehen, die zum Verhaken mit einer Schulter 168 (Fig. 2) an dem Einschnappbereich 152 vorgesehen sind. Das Gehäuse trägt ein relativ zu den Schultern 164, 166 angeordnetes Element 170, welches dazu vorgesehen ist, die Manschette 136 zu erfassen und aus der in Fig. 1A gezeigten Lage aufgrund eines £inrastens des Entnrhmeelementes 154 in den Sinschnappbereich 152 in die in Fig. 2 gezeigte Lage herunterzudrücken.

Die Rsstarms 153, 160 v/erden mittels ainer Feder 172 in eine Raststellung vorgespannt, in der sie die Schulter 168 umfassen. Wie ersichtlich, wirkt die geneigte Fläche 174 des Sinschiiappbereiches 152 dahi ehend, daß die Arme 158, 160 zur Vorbereitung eines Einrastens gegen die Schulter 168 gespreizt werden, Das Gehäuse 156 weist zur Abdichtung gegen das Innere des Seilkernrohres 20 eine mittels einer Mutter 178 gehaltene Dichtscheibe 176 auf. Das obere Ende des Entnahme element es 154 v/eist eine Kappe 180 mit einem Einschnappteil oder Laschenansatz 182 auf, dessen bzw. deren Funktion weiter unten näher erläutert wird.

Wenn das Entnahmeelement 154 in das Seilkernrohr 20 eingesetzt ist, werden an das der Bohrmaschine zugewandte Ende der Bohrleitung ein Drehkopf und ein zum Einrasten mit dem Einschnappteil 1Θ2 geeigneter Rohrfänger angebracht. Dann wird Bohrflüssigkeit in das Seilkernrohr 20 gepumpt, welche eine Reaktionskraft auf die Dichtscheibe 126 ausübt und das Entnahmeelement 154 durch

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das Seilkernrohr 20 bis zum Bohrer 22 bewegt. Bohrflüssigkeit, die sich in dem Seilkernrohr zwischen den Dichtscheiben 148 und 176 befindet, strömt in der durch die Pfeile 140, 142 gekennzeichneten Weise durch die Kanäle 134, 132, 138 heraus.

wenn das Entnahmeelement 154 den Laschenansatz 152 erreicht, umfaßt das Element 170 die Manschette 136 und bewegt diese gegen das Bohrende des Sei!kernrohres 20 aus der in Fig. 1A dargestellten Lage in die in Fig. 2 dargestellte Lage. Wenn das Entnahmeelement 154 gegen die Oberseite des Laschenansatzes anstößt, fassen die Schultern 144, 166 der Rastarme 158, 160 unter die Schulter 163, wodurch positiv und mechanisch die Manschette 136 in der in Fig. 2 dargestellten Lage gehalten wird. Wie ersichtlich, bewirkt die Bev/egung der f'ianschette 136 in Richtung auf das Bohrende des oeilkernrohres 20 eine Bewegung des Teiles 106 in Richtung auf die in Fig. 2 dargestellte Lage. Infolge dessen bewegt sich der Ventilkörper 130 so, daß die Kanäle 132, 13& nicht mehr gegenüberliegen. Dies hat eine Unterbrechung der Flüssigkeitsverbindung über die Dichtscheibe 143 zur Folge. Gleichzeitig legt sich das Nockenelement 126 gegen die Vorsprünge der R.astelemente 80, 32 an, wodurch deren Verbindung mit der von dem Nippel 14 gebildeten Schulter 96 gelöst wird. In dieser Lage ist das Kernrohr 24, wie ersichtlich, vom Bohrende aus in dem Seilkernrohr 20 frei bewegbar.

Bei einem Bohren eines nach oben, nach unten oder horizontal gerichteten Loches kann in herkömmlicher Weise eine Umkehrung der Bohrflüssigkeitszirkulation erfolgen, um den Kreisring zwischen

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dem Seilkernrohr 20 und. dem Bohrloch herabzupumpen. Folglich tritt Bohrflüssigkeit an dem Bohrende in das Seilkernrohr 20 ein und fließt in dem Seilkernrohr 20 nach oben. Durch die infolge der Drücke der umgekehrten Zirkulation ausgeübten Reaktionskräfte auf die entsprechenden Flächen, wie etwa auf die der Wandstärke des Gehäuses 74 entsprechende Fläche und die Schulter der Dichtscheibe 148, wird das Kernrohr 24 aus dem Seilkernrohr 20 herausgepumpt, wenn das Kernrohr 24 die Bohrmaschine erreicht, wird es für eine weitere Bewegung von dem Rohrfänger gehalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mehrere erstrebenswerte Vorteile auf. Erstens wird der Verriegelungsmechanismus positiv mechanisch sowohl in der Verriegelungsstellung als auch in der Entriegelungsstellung gehalten. Es besteht daher keine Abhängigkeit von Druckdifferenzen eines Fluids, um die Rasteinrichtung in einer der beiden Lagen zu halten.

Zweitens ist der Ventilkörper 130 besonders unempfindlich gegen Erosionserscheinungen durch Bohrflüssigkeit und/oder mechanische Beschädigung durch Bohrklein. Wenn die Vorrichtung in der in Fig. 1 gezeigten Bohrlage ist, strömt durch die Kanäle 132, 133 eine relativ saubere Bohrflüssigkeit. Diese wird nicht über die durch das Äußere des Ventilkörpers 130 und das Innere des rohrförmigen Gehäuses 74 gebildeten Ventilflächen geleitet. Auf diese Weise sind die Dichtflächen während der Bohrvorgänge selbst keinen Erosionswirkungen der Bohrflüssigkeit ausgesetzt. In der eingeklappten oder bewegbaren Lage des Kernrohres 24, wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Innenfläche des rohrförmigen Gehäu-

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ses 74 der Bohrflüssigkeit ausgesetzt. ¥ie ersichtlich, fließt jedoch während der Rückwärtsbewegung des Kernrohres Z^ die Bohrflüssigkeit nicht durch das Gehäuse 74. "Weiterhin ist ersichtlich, daß die Lage des Kanals 1>3 leicht verstellt werden und dieser durch den Oterteil des V"enti!körpers 130 während der Eückholbewegung des Kernrohres 24 leicht geschlossen werden kann, so daß die Dichtflächen bei keiner Lage des Kernrohres 24 mit der Bohrflüssigkeit in Berührung kommen-.

Ein dritter Yorteil besteht darin, daß das Entnahmeelement 154, welches mit dem Kernrohr verrastbar ist, aus dem Inneren des Seilkernrohres entweder, v/ie bereits erwähnt, durch umgekehrt gerichtete Flüssigkeitszirkulation oder mit Hilfe eines Drahtzuges herausgezogen werden kann. Im letzteren Fall kann ein Drahtzug an einer Zughülse an dem Einschnappteil 142 angebracht werden, bevor das Entnahmeelement 154 in das Seilkernrohr hineingepumpt wird. Alternativ kann vorgesehen sein, daß ein über einen gesonderten Drahtzug herausziehbares Entnahmeelement in dem Seilkernrohr 20 angebracht werden kann, um das Entnahmeelement 154 und das daran befestigte Kernrohr 24 herauszuziehen.

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Claims

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKbHFELC, Patentanwälte, Köln

Anlage ηπ ο τ r-ntr Aktenzeichen ,_,

zur Eingebe von, ¹^ ²« ¹^ *, Nome d. W ^ϊ1ΐΘ

Company Kernrohrbohrvorri chtung

Patentansprüche

1. Kernrohrbohrvorrichtung mit einem an einem hohlen Seilkernrohr angeordneten Kernwerkzeug und einem zum Einsatz innerhalb eines Bohrloches vorgesehenen Ringbohrer oder Kernbohrer und einem länglichen, durch Pumpen bev/egbaren Kernrohr, v/elches zwischen einer ersten Stellung, die eine dem Kernbohrer zugewandte Kernaufnahmestellung ist, und einer zweiten, längs des Seilkernrohres in axialem Abstand zu der ersten Stellung befindlichen Stellung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr folgende Bestandteile aufweist:

Einrichtungen zur Erzielung einer Abdichtung zwischen dem Äußeren des Kernrohres (24) und dem Inneren des Seilkernrohres (20), um das Kernrohr (24) bei Druckbeaufschlagung durch das Seilkernrohr (20) zu bewegen und gegen den Kernbohrer (22) anzudrücken;

eine Rasteinrichtung (80, 82), die zwischen einer Raststellung, in der das Kernrohr (24) in der ersten Stellung gegenüber dem Seilkernrohr (20) verriegelt ist, und einer Ausraststellung, in der das Kernrohr (24) eine freie Bewegung durch das Seilkernrohr (20) vollführen kann, bewegbar ist;

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Einrichtungen, mittels derer die Rasteinrichtung in der Verriegelungsstellung und der Entriegelungsstellung gehalten werden kann, wobei die Halteeinrichtungen folgende Bestandteile aufweisen:

Ein sich längs des Kernrohres (24) erstreckendes Betätigungselement;

Einrichtungen zur wechselseitigen Befestigung des Betätigungselementes in der ersten Stellung und der zweiten Stellung;

ein erstes, auf dem Betätigungselement vorgesehenes Element, welches in der ersten Stellung wirksam ist, um das Rastelement zu erfassen und dieses in der Einraststellung zu halten, und

ein zweites Element auf dem Betätigungselement, welches in der zweiten Stellung wirksam ist, um das Rastelement zu erfassen und dieses in der Entriegelungsstellung zu halten, und

Einrichtungen zur Bewegung der Betätigungselemente zwischen der ersten und der zweiten Stellung, welche folgende Bestandteile aufweisen:

Einrichtungen (120) mittels derer die Verriegelungsbetätigungseinrichtung (7S) normalerweise in die erste Stellung

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vorgespannt ist, und

in dem Seilkernrohr (20) durch eine Pumpbewegung bewegbare Einrichtungen (154),die mit dem Kernrohr (24) verbindbar sind, welche nach einer Befestigung an dem Kernrohr (24) das Element in die zweite Stellung bewegen können.

2. Kernrohrbohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (24) ein rohrförmiges Gehäuse (74) aufweist, in welchem die Verriegelungseinrichtung (80, 82) und die Verriegelungsbetätigungseinrichtung (76, 78) angeordnet sind.

3. Kernrohrbohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, mittels derer eine Zirkulation von Bohrfluid durch das Seilkernrohr (20) an den Dichteinrichtungen vorbei dann möglich ist, wenn die Rast einrichtung in ihrer Raststellung ist, und die eine Zirkulation ermöglichende Einrichtung folgende Bestandteile aufweist:

Einen innerhalb des Gehäuses (74) vorgesehenen Ventilkörper (130), der oberhalb des hin- und herbewegbaren Elementes angeordnet ist und eine durch seine Seite gehende erste Kanalöffnung (132) aufweist;

eine fest mit dem Ventilkörper verbundene, sich in Längsrichtung des Kernrohres (24) erstreckende Manschette (136), welche die Dichteinrichtungen verspannt, und einen in der Manschette vorgesehenen zweiten Kanal, welcher an einem

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Ende mit dem ersten Kanal in Verbindung steht und dessen andere Öffnung nach außerhalb des Kernrohres (24) weist, und

einen in dem rohrförmigen Gehäuse (74) vorgesehenen, durch dieses durchgehenden dritten Kanal, der in der ersten Stellung des Elementes mit dem ersten Kanal fluchtet.

4. Kernrohrbohrvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Zirkulation ermöglichenden Einrichtungen Einrichtungen aufweisen, mittels derer eine Zirkulation von Bohrfluid durch das Seilkernrohr (20) an den Dichteinrichtungen vorbei verhindert wird, wenn die Rasteinrichtung in ihrer Ausraststellung ist, und die eine Zirkulation verhindernden Einrichtungen folgende Bestandteile aufweisen:

Einrichtungen zur Bewegung des Ventilkörpers relativ zu dem rohrförmigen Gehäuse (74) mittels derer die ersten und dritten Kanäle gleichzeitig mit der Bewegung des Elementes aus der ersten Stellung in die zweite Stellung in eine Lage gebracht werden, in der sie nicht mehr fluchten.

5. Kernrohrbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine an einem Ende des rohrförmigen Gehäuses (74) angeordnete Kupplungseinrichtung vorgesehen ist, durch die sich eine zur Aufnahme der Manschette vorgesehene Öffnung erstreckt, und die Manschette (136) sich in der ersten Stellung des Betätigungselementes über das Kupp-

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lungselement hinaus erstreckt.

6. Kernrohrbohrvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement (144) einen Sinschnappbereich (152) aufweist.

7. Kernrohrbohrvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen zur Anbringung an dem Einschnappbereich (152) geeignete Einrichtungen aufweisen.

6. Kernrohrbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein an einem Seilkernrohr (20) vorgesehener Kernbohrer (22) und ein längliches, durch eine Pumpbewegung bewegbares Kernrohr (24) vorgesehen sind, und das Kernrohr zwischen einer ersten Stellung, in der es einen Kern aufnehmen kann, und einer zweiten, in axialem Abstand dazu angeordneten Lage, bewegbar ist, und das Kernrohr (24) folgende Bestandteile aufweist:

Ein Kernaufnahmeende und ein anderes Ende;

Einrichtungen zur Anbringung einer Abdichtung zwischen den beiden Enden zwischen dem Äußeren des Kernrohres (24) und dem Inneren des Seilkernrohres (20);

eine Rasteinrichtung, die zwischen einer Einraststellung, in der das Kernrohr in der ersten Stellung gegenüber dem

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-se-

Seilkernrohr (20) gesichert ist, und einer Ausraststellung, in der das Kernrohr (24) frei durch das Seilkernrohr (20) bewegbar ist, betätigbar ist;

Einrichtungen, mittels derer das Rastelement in der Einraststellung und in der Ausraststellung gehalten werden kann, wobei die Halteelemente ein sich längs des Kernrohres (24) erstreckendes und zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung hin- und herbewegbares Betätigungselement aufweisen, und die erste und die zweite Stellung der Verriegelungsstellung bzw. der Entriegelungsstellung der Rasteinrichtung entsprechen;

Einrichtungen (120), mittels derer das Betätigungselement in die erste Lage vorgespannt wird;

Einrichtungen, mittels derer eine Zirkulation von Bohrfluid durch das Seilkernrohr (20) an den Dichteinrichtungen vorbei möglich ist, wenn die R.asteinrichtung in der Einraststellung ist, und mittels derer eine Zirkulation von Bohrfluid durch das Seilkernrohr (20) an den Dichteinrichtungen vorbei verhindert wird, wenn die Rasteinrichtung in ihrer Ausraststellung ist, und die Rasteinrichtung folgende Bestandteile aufweist:

Einen fest mit dem Betätigungselement verbundenen 'Ventilkörper (130), welcher eineneBten, sich durch seine Seite erstreckenden Durchlaßkanal aufweist, und eine mit dem

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C ν-» U / L· £. U

Ventilkörper verbundene und einen zweiten Kanal aufweisende Manschette, und der zweite Kanal an seinem einen Ende mit dem ersten Kanal in Verbindung steht und dessen andere 3ndöffnung mit der Außenseite des Kernrohres (24) an einer außerhalb der Dichteinrichtungen in Richtung auf das andere Ende des Kernrohres (24) hin angeordneten Stelle in Verbindung steht;

und das Kernrohr (24) eine sich nach außerhalb des Kernrohres (24) an einer zwischen den Dichteinrichtungen und dem Kernaufnahmeende gelegenen Stelle erstreckende dritte Kanalöffnung aufweist, welche in gleicher Richtung wie der erste Kanal in der ersten Stellung des Betätigungselementes angeordnet ist, wodurch in der ersten Stellung des Betätigungselementes ein Flüssigkeitsdurchfluß an den Dichteinrichtungen vorbei ermöglicht wird, und welche in der zweiten Stellung des Betätigungselementes nicht gegenüberliegend zum ersten Durchlaßkanal liegt, wodurch verhindert wird, daß in der zweiten Stellung des Betätigungselementes ein Flüssigkeitsdurchfluß an den Dicht einrichtungen vorbei möglich ist, und

mit dem anderen Ende des Kernrohres (24) verbindbare und durch das Seilkernrohr (20) pumpbare Einrichtungen, und

von den durch eine Pumpbewegung bewegbaren Einrichtungen getragene Einrichtungen, die dazu dienen, die Manschette und das Betätigungselement nach einer Anbringung der mittels einer Pumpbewegung bewegbaren Einrichtungen an dem

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Kernrohr (24) in die zweite Stellung zu "bringen, und die dazu dienen, die Manschette und das Betätigungselement während der Befestigung der über eine Pumpbewegung bewegbaren Einrichtungen an dem Kernrohr (24) in der zweiten Stellung zu halten.

9. Kernrohrbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem hohlen Seilkernrohr (20) ein längliches, durch eine Pumpbewegung bewegbares Kernrohr (24) vorgesehen ist, welches zwischen einer ersten Stellung, in der es in einer Kernaufnahmelage einem Kernbohrer zugeordnet ist, und einer zweiten, in axialer Richtung längs des Seilkernrohres von der ersten Stellung entfernten Stellung bewegbar ist, und das Kernrohr (24) folgende Bestandteile aufweist:

Einrichtungen zur Erzielung einer Abdichtung zwischen dem Äußeren des Kernrohres (24) und dem Inneren des Seilkernrohres (20), um das Kernrohr (24) bei Druckbeaufschlagung durch das Seilkernrohr (20) gegen den Kernbohrer (22) zu bewegen;

eine zwischen einer Raststellung, in der das Kernrohr in seiner ersten Stellung gegenüber dem Seilkernrohr befestigt ist, und einer Ausraststellung, in der das Kernrohr (24) frei bewegbar ist, bewegbare Rasteinrichtung;

ein sich längs des Kernrohres (24) erstreckendes Betäti-

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gungselement aufweisende Einrichtungen, mittels derer die R.asteinri chtung in der Einrast stellung und in der Ausraststellung gehalten werden kann;

Einrichtungen, mittels derer das Element zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung hin- und herbewegbar ist, wobei die erste Stellung und die zweite Stellung der Sinraststellung bzw. der Ausraststellung entspricht;

ein an der Einrichtung vorgesehenes erstes Element, welches in der ersten Stellung derart betätigbar ist, daß es sich gegen das Rastelement anlegt und dieses in der Einraststellung hält, und

ein zweites, in der zweiten Stellung betätigbares an der Einrichtung vorgesehenes Element, welches dazu vorgesehen ist, gegen das Rastelement einzurasten und dieses in der Ausrastlage hält;

Einrichtungen zur Bewegung des Elementes zwischen der ersten und der zweiten Stellung, welche folgende Bestandteile aufweisen:

Einrichtungen (120) mittels derer das Element in Normallage in der ersten Stellung vorgespannt ist, und

Einrichtungen, welche zur Anbringung an dem Kernrohr (24)

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durch das Seilkernrohr (24) hindurchgepumpt werden können, und welche dazu dienen, das Element in der zweiten Stellung fest gegen das Kernrohr (24) zu halten;

Einrichtungen, die eine Zirkulation von Bohrfluid durch das Seilkernrohr (20) an den Dichteinrichtungen vorbei dann ermöglichen, wenn die Rasteinrichtung in der Einraststellung ist, und welche eine Zirkulation von Bohrfluid durch das Seilkernrohr (20) an den Dichteinrichtungen vorbei verhindern, wenn die Rasteinrichtung in ihrer Ausraststellung ist, wobei die Zirkulationseinrichtungen folgende Bestandteile aufweisen:

Einen innerhalb des Gehäuses (74) vorgesehenen, von dem Element getragenen und relativ zu diesem bewegbaren Ventilkörper, welcher einen ersten, sich seitlich durch den 'Ventilkörper erstreckenden Kanal aufweist;

eine fest mit dem Ventilkörper verbundene, sich längs des Kernrohres erstreckende und die Dichteinrichtungen verspannende Manschette, welche einen zweiten Kanal aufweist, der an einem Ende mit dem ersten Kanal in Verbindung steht und mit seinem anderen Ende nach außerhalb des Kernrohres (24) weist, und

ein rohrförmiges, einen sich durch dieses erstreckenden dritten Kanal aufweisendes Gehäuse (74), wobei der dritte Kanal in der ersten Stellung des Betätigungselementes mit dem ersten Kanal fluchtet, und die Manschette zur Verbin-

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dung mit den Verbindungseinrichtungen außerhalb des Kernrohres (24) angeordnet ist, um eine Bewegung des Ventilkörpers relativ zu dem rohrförmigen Gehäuse (74) zu ermöglichen und welche dazu dient, die ersten und dritten Kanäle gleichzeitig mit der Bewegung des Betätigungselementes aus der ersten Stellung in die zweite Stellung in eine Stellung zu bringen, in der sie nicht fluchten.

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