DE626234C - Geraet zur Entnahme von Proben aus der Seitenwandung von Bohrloechern - Google Patents

Description

Das Bohren eines Bohrloches soll im aligemeinen von der Entnahme einer bestimmten Zahl von Proben in sorgfältig ermittelten Tiefen begleitet sein, so daß die Aufstellung des geologischen Profils der durchteuften Schichten ermöglicht wird. Bei der bisherigen, Bohrgeräte der Rotary-Art verwendenden Bohrweise werden diese Kerne genannten Proben an der Sohle des Bohrloches mittels einer rohrförmigen, unten am Bohrgestänge befestigten Bohrkrone ausgeschnitten. Diese Arbeitsweise hat den Nachteil, daß sie verhältnismäßig langwierig und kostspielig ist, da sie das Ausfahren und Einfahren des gesamten Bohrgestänges für jede entnommene Probe erfordert.

Seit elektrische Methoden zur Untersuchung der von einem Bohrloch durchteuften Schichten auf der ganzen, noch nicht verrohrten Höhe

ao des Borloches bekannt sind, hat man das Bestreben, den größten Teil der Kernentnahmen zu vermeiden und sich zur Aufstellung des geologischen Profils der durchschlagenen Schichten hauptsächlich auf elektrische Diagramme zu stützen.

In bestimmten Sonderfällen ist es jedoch, wichtig, daß man hinterher Proben aus der Seitenwandung der noch nicht verrohrten Bohrlöcher entnehmen kann, beispielsweise wenn die elektrischen Diagramme unerwartete Schichten anzeigen, über welche man ergänzende Aufschlüsse zu erlangen wünscht.

Es ist bereits eine Vorrichtung in zwei Ausführungsformen bekannt, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Bewegungen des vorher in das Bohrloch auf die gewünschte Tiefe eingesenkten Kernentnahmewerkzeuges von über Tage her mittels eines elektrischen, einen oder mehrere isolierte Leiter enthaltenden Kabels gesteuert werden.

Bei der einen Ausführungsform wird die zum Einschlagen des Kernentnahmewerkzeuges in den Erdboden erforderliche Energie durch Verbrennung einer Explosionsladung geliefert, welche von über Tage her mittels des elektrischen Steuerkabels gezündet wird; bei der zweiten Ausführungsform wird die Energie durch einen in das Bohrloch abgesenkten und von über Tage her mittels des elektrischen Steuerkabels gespeisten Elektromotor geliefert, der einen das Kernentnahmewerkzeug tragenden Kolben vortreibt.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus der Seitenwandung von Bohrlöchern, welche mittels eines einen oder mehrere isolierte elektrische Leiter enthaltenden Kabels in Bohrlöcher absenkbar und dadurch gekennzeichnet ist, daß die zum Einschlagen des Kernentnahmewerkzeuges in den Erdboden erforderliche Antriebskraft von einem Kolben geliefert wird, dessen eine Fläche unter dem hydrostatischen Druck der das Bohrloch in der jeweiligen Tiefe anfüllenden Spülung steht und dessen andere

Fläche dem in einem dichten, ursprünglich mit Luft oder Gas unter niedrigem Druck angefüllten Behälter herrschenden Druck ausgesetzt ist, wobei die eine oder andere Kolbenfläche mit dem Behälter mittels einer von der Erdoberfläche der elektrisch gesteuerten Vorrichtung, Hahn o. dgl., verbunden wird.

Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung sind auf der Zeichnung beispielsweise ίο veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. ι eine Ausführungsform des Kernentnahmegerätes in senkrechtem Axialschnitt,

Fig. 2 ebenfalls in axialem Schnitt eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Auslösung des Gerätes mittels Aussendung eines elektrischen Stromes von der Erdoberfläche her. In Fig. ι veranschaulicht A das Bohrloch, welches mit Wasser oder Dickspülung unter einem Druck angefüllt ist, der praktisch je nach der in Betracht kommenden Tiefe und der Dichte der verwendeten Spülung einige Zehner kg bis zu einigen Hunderten kg pro cm² betragen kann; B bedeutet das von dem Bohrloch durchteufte Gebirge und C die Schicht, aus welcher man eine Probe zu entnehmen wünscht.

Die zur Probeentnahme bestimmte Vorrichtung weist einen langen Zylinder 1 auf, welcher das Gestell des Gerätes bildet. Dieses an seinen beiden Enden spitz zulaufende Gestell ist an einem Kabel 2 aufgehängt. Im mittleren Teil des Zylinders verschiebt sich ein beweglicher Kolben 3, dessen Kolbenstange 3° mittels einer dichten Stopfbuchse' durch eine mittlere feste Wand 4 hindurchgeht. Die Außenwand des Zylinders enthält große öffnungen 5, 5', 5", welche dem das Bohrloch anfüllenden Wasser freien Zutritt gewähren. Gerade über der Mittelwand 4 und unterhalb des beweglichen Kolbens 3 ist die Außenwand des Zylinders mit einem ganz kleinen Loch 6 versehen, durch welches das Wasser des Bohrloches in das Gestell, jedoch nur langsam, eindringen-kann. An dem Kolben 3 ist eine dichte, mit Luft unter atmosphärischem Druck (oder irgendeinem anderen schwachen Druck) gefüllte Kammer 7 befestigt. Die Verbindung zwischen der Kammer7 und dem Kolbens ist mittels eines dicken Rohres 8 ausgeführt. Das Rohr 8 enthält ein Absperrorgan 9, dessen plötzliches Öffnen von der Erdoberfläche aus mittels der isolierten Leiter 10 und 11 elektrisch gesteuert wird.

Zwischen den Kolben 3 und die Wand 4 ist eine Feder 12 eingeschaltet, deren Aufgabe nachstehend beschrieben wird:

Die Stange 3^a des Kolbens ist vermittels eines Lenkers 13 mit einem Hebel 14 verbunden, welcher sich um eine Achse 15* dreht, so daß er durch die Öffnung 5" aus dem Gestell heraustreten kann. Der Hebel trägt an seinem unteren Ende das Kernentnahmewerkzeug 16, welches beispielsweise aus einem Stück Stahlrohr besteht, dessen Ende etwas angeschärft ist. Das Kernentnahmewerkzeug ist an seiner Basis vorzugsweise mit einem Loch 17 versehen, welches den Austritt des das Rohr füllenden Wassers im Augenblick des Eindrückens in den Erdboden gestattet.

Die öffnung des Absperrorgans 9 bewirkt, daß der zwischen dem Kolben 3 und der mittleren Wand 4 gelegene Raum 18 vermittels des breiten Kanals 8 mit der Niederdruckkammer 7 verbunden wird. Im Augenblick des öffnens wird das im Raum 18 unter dem im Bohrloch herrschenden hohen Druck enthaltene Wasser plötzlich in die Kammer 7 eingesaugt, während das äußere Wasser wegen der Kleinheit der öffnung 6 nur langsam in den Raum 18 eindringen kann. Der¹ Druck im Raum 18 fällt also auf einen kleinen Wert, welcher im wesentlichen dem in der Kammer 7 herrschenden Druck gleich ist. Der Kolben 3, auf dessen obere Fläche der hohe Druck des das Bohrloch füllenden Wassers weiter einwirkt, wird schnell nach unten gedrückt. Er nimmt bei seiner Bewegung die dichte Kammer 7 mit und drückt vermittels seiner Kolbenstange und des Lenkers 13 auf den Schwenkhebel 14.

Der anfänglich in das Gestell des Gerätes zurückgezogene Hebel 14 tritt aus diesem mit dem Kernentnahmewerkzeug 16 aus, und dieses dringt als Locheisen in den Erdboden ein.

Die Abwärtsbewegung des Kolbens 3 und folglich das Eindringen des Werkzeuges 16 in den Erdboden erfolgt sehr schnell gleich beim öffnen der Vorrichtung 9. Bei seiner Bewegung drückt der JKolben 3 die Gegenfeder 12 zusammen. Wenn der Abwärtshub des Kolbens beendet ist, fährt das das Bohrloch füllende Wasser fort, durch die kleine öffnung 6 allmählich in den Raum 18 einzudringen und gelangt von dort in die Kammer 7, bis diese gefüllt ist, oder wenigstens so lange, bis der Druck in dieser Kammer 7 dem hydrostatischen Druck in dem Bohrloch gleich wird. Da in diesem Augenblick der Druck auf den beiden Kolbenflächen ausgeglichen ist, ist der Kolben keiner Beanspruchung infolge des Druckes des Wassers ausgesetzt, und die während der Abwärtsbewegung des Kolbens zusammengedrückte Feder 12 entspannt sich und führt den Kolben und damit den Hebel 14 in ihre Ausgangsstellungen zurück. Die Geschwindigkeit der Kolbenrückführung in seine Ausgangsstellung ist infolge der Kleinheit der Öffnung 6, durch welche das Spülwasser in den Raum 18 eindringen muß, verhältnismäßig langsam.

Das in Fig. 1 veranschaulichte Gerät enthält ferner ein mit einer Feder versehenes Sicherheitsventil 19, welches sich öffnet, sorjald die Druckdifferenz zwischen den beiden Kolben-

flächen einen bestimmten Wert überschreitet. Dieses Ventil bezweckt, die Antriebsbeanspruchungen des Kolbens zu begrenzen, wenn das Gerät in großer Tiefe, d. h. unter großem hydrostatischem Druck, arbeitet, um Zerstörungen des Hebels 14 oder des Lenkers 13 infolge zu hoher Beanspruchungen zu vermeiden. Fig. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Vorrichtung 9, welche die dichte Kammer 7 absperrt und die Auslösung des Gerätes durch einen elektrischen Strom von der Erdoberfläche aus gestattet. Mit 20 ist ein dichtes Metallgehäuse bezeichnet, welches in seiner Mitte einen_ Hohlkegel 21 aufweist. In diesem Gehäuse befindet sich eine Heizdrahtwicklung 22, die gegen den mittleren Konus durch ein dünnes Glimmerblatt 23 und gegen die Außenwandung des Gehäuses durch eine Asbestfüllung 24 isoliert ist. Die Enden dieser Wicklung sind durch die isolierten Leiter 10 und 11 mit der Erdoberfläche verbunden. Der Hohlkegel 21 ist mittels eines Kernes aus schmelzbarem Stoff 25 verschlossen, wobei die Abdichtung mittels eines Kautschukstöpsels 26 noch vervollständigt wird.

Wenn das Gerät in das Innere eines Bohrloches abgesenkt ist, so wirkt der hydrostatische Druck des Wassers im Bohrloch in der jeweiligen Tiefe auf die große Grundfläche des Kautschukstöpseis 26 ein, welcher sich gegen den Kern 25 aus schmelzbarem Stoff drückt und eine vollkommene Abdichtung gewährleistet. Wenn man von der Erdoberfläche aus vermittels der Leiter 10 und 11 durch die Wicklung 22 einen elektrischen Strom geeigneter Stärke schickt, so schmilzt der Kern und der hydrostatische Druck treibt die Reste des geschmolzenen Kernes und den Kautschukstöpsel durch die mittlere öffnung hindurch. Das unter Druck stehende Wasser dringt dann mit großer Geschwindigkeit durch eine große öffnung in die dichte Kammer 7 ein, wodurch die oben beschriebene Wirkungsweise des Gerätes gewährleistet wird.

Die Auslösevorrichtung könnte auch in völlig anderer Weise ausgebildet sein. So könnte man beispielsweise einen Hahn verwenden, der von einem von der Erdoberfläche aus mittels der Leiter 10 und 11 gespeisten Elektromotor gesteuert wird.

Wenn es sich darum handelt, Proben aus einer porösen, mit einem flüssigen Körper (Wasser, Erdöl oder Gas) getränkten Schicht zu entnehmen, so kann das Kernentnahmerohr mit einer Saugvorrichtung versehen sein, welche die Aufspeicherung der in der Schicht enthaltenen Flüssigkeit in einem geschlossenen Behälter ermöglicht. Diese Saugvorrichtung kann so ausgebildet sein, wie es in der französischen Patentschrift 752 257 beschrieben ist,· d. h. aus einem geschlossenen Behälter bestehen, welcher ein mit einem Ventil versehenes Verbindungsrohr aufweist, wodurch der flüssige Körper infolge seines Druckes in den Behälter hineingedrückt wird und dort eingeschlossen bleibt, wenn das Rohr aus dem Sande herausgezogen wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gerät zur Entnahme von Proben von Gesteinen oder von Gesteine durchtränkenden Flüssigkeiten aus der Seitenwandung von Bohrlöchern unter Verwendung eines Probenehmers und eines diesen Probenehmer antreibenden Kolbens, auf dessen eine Fläche der im Bohrloch herrschende hydrostatische Druck wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Fläche des Kolbens (3) bzw. der diesseitige Teil des den Kolben führenden Zylinders in von der Erdoberfläche her herstellbarer Verbindung (8, 9) mit dem Inneren einer dichten, bei Betriebsbereitschaft mit Luft oder Gas unter niedrigem Druck gefüllten Kammer (7) steht.

2. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (8) durch einen schmelzbaren Stöpsel (25) verschlossen ist und daß zum elektrischen Schmelzen des Stöpsels eine Wicklung (22) aus isoliertem Draht angeordnet ist, durch die Heizstrom geeigneter Stärke von der Erdoberfläche her einschaltbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Begrenzung der Antriebskraft und Vermeidung der Deformation bestimmter Teile des Gerätes bei Verwendung in großer Tiefe, d. h. unter hohen hydrostatischen Drücken, eine die beiden Kolbenflächen mittelbar oder unmittelbar verbindende öffnung vorgesehen ist, welche für gewöhnlich durch ein Ventil (19) verschlossen ist, welches sich öffnet, wenn die Druckdifferenz zwischen den beiden Kolbenflächen einen bestimmten Wert überschreitet.

4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur selbsttätigen Rückführung des Kolbens (3) in dem mit der Kammer verbindbaren Teil des Arbeitszylinders eine Druckfeder (12) und eine die beiden Kolbenflächen mittelbar oder unmittelbar verbindende Öffnung (6) geringen Querschnittes vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen