DE2233719A1

DE2233719A1 - Vorrichtung zum unterwasserbohren

Info

Publication number: DE2233719A1
Application number: DE2233719A
Authority: DE
Inventors: Karl Erik Hilfing
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1971-07-12
Filing date: 1972-07-08
Publication date: 1973-01-18
Also published as: FR2145622A1; FR2145621B1; FR2145622B1; IT961337B; CA967546A; DE2233717B2; DE2233717C3; GB1392968A; DE2233717A1; US3741320A; GB1392967A; NL7209152A; FR2145623A1; JPS5136681B1; FR2145623B1; DE2233772A1; NL7209151A; FR2145621A1; AU468629B2; GB1392969A

Description

Pat ent anwalte
Dipl.-Ing. W. Beyer ' Dipl.-Wirtsch,- Ing. B. Jochem

6 Frankfurt am Main Freiherr-vom-Stein-Str. 18

In Sachen:

Atlas Copco Aktiebolag
Nacka / Schweden

Vorrichtung zum Unterwasserbohren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Unterwasserbohren mit einem von einer Station an der Wasseroberfläche auf den Grund absenkbaren und dort aufzustellenden Bohrgerät zum Kernbohren, wobei von dem Bohrgerät auf dem Grund das Bohrgestänge aus seinen Einzelelementen selbstätig zusammengesetzt und wieder abgebaut wird. Derartige Vorrichtungen eignen sich für geologische Untersuchungen und werden insbesondere bei der Erforschung der Koniiinentalshelfe eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, welche gestattet, daß ein erbohrter Kern jederzeit zur Wasseroberfläche gebracht werden kann, während das Bohrgerät selbst auf dem Meeresgrund bleibt. In diesem Zusammenhang soll auch die am Bohrgerät vorgesehene Einrichtung zur Montage und Demontage des Bohrgestänges verbessert werden.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bohrgerät mit einer durch einen Vorschubantrieb axial

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verfahrbaren Drehantriebseinheit für ein rohrförmiges Bohrgestänge, zu dem ein Kernrohr mit einem inneren, während des Betriebs auswechselbaren Kernaufnahmerohr gehört, sowie durch eine längs einer Führung zwischen der Station an der Wasseroberfläche und dem Bohrgerät verfahrbare, an letzterem lösbar festlegbare.Förderkapsel mit einer in das rohrförmige Bohrgestänge absenkbaren, mit dem Kernaufnahmerohr lösbar in Eingriff zu bringenden Kupplungseinrichtung.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung besteht der Vorschubantrieb aus einem doppelt wirkenden Kraftzylinder zwischen der Drehantriebse-inheit und dem Gehäuse des Bohrgeräts, wobei der ölvorrat für die Betätigung des Kraftzylinders in einem durch eine elastische Kappe abgedeckten Gehäuseraum enthalten ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Unterwasserbohren gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht) zum Teil geschnitten, des auf dem Meeresgrund abgesetzten Bohrgeräts der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt nach Linie 3-3"in Fig. '2,. ' .

Fig. 4a einen vergrösserten Teilschnitt nach Linie 4-4 in Fig. 2,

Fig. 4b denselben Schnitt wie Fig. 4a bei anderer Lage der Teile,

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Fig. 5 einen Schnitt in grösserem Maßstab durch einen Fuß des Bohrgeräts nach Fig. 2,

Fig. 6 i einen Teilschnitt nach Linie 6-6 in'Fig. 2,' Fig. 7 eine Einzelheit.aus Fig. 6,

Fig. 8 eine Seitenansicht ähnlich Fig. 2, jedoch nur des oberen Teils des Bohrgeräts sowie zusätzlich einer die Verbindung zwischen der Station an der Wasseroberfläche und dem Bohrgerät auf dem Meeresgrund herstellenden Förderkapsel,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht des obeTen Teils des Bohrgeräts nach Fig. 2 in grösserem Maßstab, wobei der oberste Teil weggebrochen ist,

Fig. 1o ein Detail aus Fig. 8,

Fig. 11 einen Schnitt nach Linie .11-11 "in Fig. 8,

Fig. 12 einen Schnitt durch die in Fig. 8 und 11 gezeigte Förderkapsel und den obersten Teil des Bohrgeräts nach Fig. 2,

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht der geöffneten Drehantriebseinheit im oberen Bereich des Bohrgeräts nach Fig. 2,

Fig. 14 ein Detail aus Fig. 13 bei anderer Lage der Teile,

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht, zum Teil Schnittansicht eines bei der selbstatigen Montage des •Bohrgestänges durch das Bohrgerät benutzten Spannfutters,

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Fig. -16 einen Teilschnitt in vergrössertem Maßstab nach Linie 16-16 in Fig. 2,'

Fig. 17 eine' Fig. 16 entsprechende Ansicht bei anderer Lage der Teile,

Fig. 18 einen Teilschnitt in vergrössertem Maßstab nach Linie .18-18 in Fig.'2, " - '

Fig. 19 " eine Fig.* 18 entsprechende Ansicht bei anderer Lage der Teile,

Fig. 2o einen Teilschnitt in vergrössertem Maßstab nach Linie 2o-2o in Fig * 2,

Fig. 21 einen Teillängsschnitt durch das Bohrgerät nach Fig. 2 entlang der Bohrachse,

Fig., 22 einen Teilschnitt nach Linie 22-22 in
Fig. 2o,

Fig. 23 ein Detail zu Fig. 21,

Fig. 24 eine Fig. 2 entsprechende, aber vereinfachte Darstellung des Bohrgeräts.

Das in Fig. 1 dargestellte Bohrgerät 11 steht mit drei
Beinen 12, 13, 14 -auf dem Meeresboden. Es ist dorthin
von einem Schiff 15, an einem Kabel oder Seil 16, 17 hängend, welches über Umlenkrollen am Bohrgerät geführt ist, abgesenkt worden. Eine Förderkapsel 18, welche die Verbindung vom Schiff zum Bohrgerät darstellt, befindet sich nach
Fig. 1 gerade auf halbem Wege zwischen beiden. Die Förderkapsel wird an dem Kabel oder Seil 16, 17 geführt und hängt an einem weiteren Kabel 19· Ein elektrisches Kabel 2o dient

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der Stromversorgung der verschiedBnen elektrischen Teilaggregate des Bohrgeräts und enthält auch die elektrischen Verbindungsleitungen für die am Bohrgerät angebrachten Kontroll-und Meßinstrumente.

Das elektrische Kabel 2o ist bei 21 an dem Fuß 12 befestigt. Da das Seil 16, 17 und das Kabel 2o mit grösserem Zwischenabstand vom Schiff abgelassen werden, wird verhindert,'daß · sich das Bohrgerät 11 während des Niederlassens auf den Meeresgrund dreht. Venn das Gerät jedoch in sehr große Tiefe niedergelassen wird, reicht die beschriebene einfache Anordnung der Seile bzw. Kabel nicht aus, und es bedarf eines durch einen reversiblen Hydraulikmotor angetriebenen Propellers 22 zur Stabilisierung der Lage des Bohrgeräts während des Absenkens. Dieses ist vorzugsweise mit einem die Richtung anzeigenden Gerät, z.B. einem Gyroscop oder Kompass 23 (Fig. 6) ausgestattet, und die Richtungsanzeige wird an das Schiff übermittelt, von wo aus dann der Propeller 22 gesteuert wird.

Das dreifüßige Bohrgerät besitz ein ringförmiges Gehäuse 24 mit zwei Trennwänden 25, 26 (Fig. 6). Diese unterteilen das Gehäuse 24 in eine Kammer 27» welche zu dem umgebenden Wasser hin offensteht, und eine wasserdicht verschlossene Kammer 28, die mit öl gefüllt ist und durch eine aus einem Elastromer bestehende Kappe 29 abgeschlossen ist. Die Kappe 29 bildet einen ringförmigen oberen Deckel für das gesamte Gehäuse 24 oder dessen grössten Teil und ist mit dem Gehäuse 24 mittel Schrauben dicht, aber lösbar verbunden. Somit kann die Kappe 29 in einem gewünschten Umfangsbereich geöffnet und umgefaltet werden, um die im Gehäuseinneren installierten Motoren und Pumpen, z.B. zur Wartung, zugänglich zu machen. Wegen der Nachgiebigkeit der Kappe 29 herrscht in der mit öl gefüllten Kammer 28 immer der Druck des umgebenden Wassers, so daß die Wände

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des Gehäuses 24 dünn ausgeführt werden können.

Die Füsse 12-14 sind doppeltwirkende hydraulische Kraft-· zylinder mit allseits beweglich montierten Schuhen 3o an den ausfahrbaren Kolben ("Fig. 5)· Die Grundflächen der Schuhe sind mit Löchern versehen durch welche Wasser herausgepumpt werden kann, um das Anheben des ohrgeräts zu erleichtern, wenn dessen Füsse in den Meeresgrund eingesunken sind. Der Druck in den Zylinderräumen der Kraftzylinder, welcher der Belastung des jeweiligen Fußes entspricht, wird gemessen und auf elektrischem Wege an das Schiff übermittelt, so daß dort erkennbar ist, ob die Gefahr besteht, daß das Bohrgerät umkippt. In die zentrale öffnung des ringförmigen Gehäuses 24- erstreckt sich ein rundes, drehbares Magazin 31 für die Einzelelemente des zusammenzusetzenden Bohrgestänges. Das Magazin 31 ist umgeben von einem stromlinienförmigen Gehäuse 32, welches frei drehbar ist und die Funktion hat, die dynamischen Kräfte auf das Bohrgerät zu verringern. Eine Drehbantriebseinheit 34 ist mittels eines doppelt wirkenden hydraulischen KraftZylinders 35, in Bohrvorschubrichtung hin- und hergehend verschieblich. Der Kraftzylinder 35 ist an dem dreifüßigen Grundrahmen des Bohrgeräts fest angebracht. Gelenkige Streben 36 nehmen die Reaktionskräfte des Drehantriebsauf und fangen sie am Kraftzylinder 35 ab.

Die Drehantriebseinheit 34 ist in Fig. 13 im Detail dargestellt. Dazu gehört ein in beiden Drehrichtungen betreibbarer hydraulischer Motor 38, vorzugsweise der Verdrängerbauart, also z.B. in der Ausführung wie eine Axialkolbenpumpe. Der Motor 38 greift über ein Ritzel 41/^!eine Fassung 39 für eine hohle Antriebswelle 4o ein, welche mit der Fassung 39 durch einen Keil 42 drehfest verbunden ist. Axiale Kräfte zwischen der Fassung 39 und der Abtriebswelle 4o werden durch· radiale Stifte 43 übertragen, die

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stark genug sind, den während des Betriebs auftretenden axialen Kräften zu widerstehen, jedoch brechen, wenn das Bohrgestänge aus irgend einem Grund stecken bleibt und das bohrgerät unter Zurücklassung des Gestänges gehoben werden muß. In diesem Falle verbleibt die Abtriebswelle 4-0 am oberen Ende des zurückgelassenen Bohrgestänges·

Im Gehäuse der Drehantriebseinheit ist weiterhin ein Kraftzylinder A4 montiert, welcher auf eine mit zwei Zähnen versehene Klinke 45 wirkt, deren Zähne bei ausgefahrenem Kraftzylinder 44 nicht mit dem auf der Fassung 39 sitzenden Zahnrad in Eingriff sind, beim Zusammenziehen des Kraftzylinders 44 jedoch in Eingriff kommen (Fig. 14) und dabei auf die Fassung 39 und die Abtriebswelle 4o ein Drehmoment ausüben, welches groß genug ist, die Verspannung im Gewinde der miteinander verschraubten Elemente des Bohrgestänges zu überwinden, d.h. die festgezogenen Verschraubungen"zu lockern. Eine Schraubenfeder 46 dient dazu, nachzugeben, wenn die beiden Zähne der Klinke 45 beim in Eingriff bringen gerade auf zwei Zähne des Zahnrades auf der Fassung 39 treffen.

Am Vorschubzylinder 35 ist gemäß Fig. 15 axial verschieblich und frei drehbar in einer Aufnahmebuchse 47 ein insgesamt mit 47 bezeichnetes doppeltes Spannfutter gelagert (Fig. 9 und 15)· Es hat zwei unabhängig voneinander betätigbare butter, deren jedes drei Klauen 48, 4-9 nufwniat, die .an hydraulisch, bcbüfciftbnron Kolben 5o, 51 befestigt oind. Dao Futter 47 kann mittels eines Kraftzylinders 52 und einer damit zusammenwirkenden Klinke 53, die mit einem Zahnring 54 am Futter in Eingriff zu bringen ist, insgesamt gegen Drehung gesperrt werden. Unterhalb des ringförmigen Gehäuses 24 ist an dem dreibeinigen Grundrahmen des Bohrgeräts eine weitere Klemmeinrichtung 55 (Fig. 16) angebracht, mittels welcher die

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Bohrstangen oder-rohre festgeklemmt werden könne. Die Klemmeinrichtung 55 wird mittels zweier hydraulischer Kraftzylinder 56» 37 betätigt und kann mittels eines dritten hydraulischen KraftZylinders 58 weit geöffnet werden, um in dieser Stellung ein Bohrrohr oder ein Rohrgehäuse hindurchzulassen. Starke Federn 59 sorgen dafür, daß das Bohrrohr selbst dann festgehalten wird, wenn die ■ Kraftzylinder 56, 57 ausfallen. Unterhalb der Klemmeinrichtung 55 ist noch eine weitere Klemmeinrichtung 6o (Fig. 2o) mit Klemmbacken 61, 62 zum Festklemmen eines Rohrgehäuses angebracht; die Klemmbacken 61, 62 werden durch Federkraft offengehalten und durch Zug eines hydraulischen KraftZylinders 63 betätigt. Eine Gummischeibe 64- dient dazu, Schlamm und Sand davon abzuhalten, unmittelbar in die Klemmeinrichtung 55 zu treiben. Das drehbare Magazin 31> welches am Vorschubzylinder 35 befestigt ist und diesem umgibt, besteht aus einer oberen Querplatte 65 und einer unteren Querplatte 67, die miteinander verbunden sind, Unterhalb der unteren Querplatte 67 ist eine von einem hydraulischen Kraftzylinder 69 betätigbare Schließeinrichtung 68 angebracht, welche in Fig. 18 in der offenen und in Fig. 19 in der geschlossenen Stellung gezeigt ist. Die Schließeinrichtung 68 bringt bei Betätigung einen Schieber vor eine Öffnung in eine'r unbeweglichen ringförmigen Platte 7o, welche eine Anlage für eine Anzahl Bohrrohre, das Kernrohr und zwei Rohrgehäuse bildet. Diese Elemente des Bohrge- stänges werden alle in verschiedenen Löchern der Querplatten 65, 67 im Magazin gehalten. Dieses kann mittels eines hydraulischen Kraftzylinders 71 schrittweise gedreht werden, wie aus Fig. 4-a und 4b ersichtlich.

Das Kabel bzw. Seil, an welchem das Bohrgerät zum Meeresgrund herabgelassen wird und dessen beide Enden mit 16 bzw. 17 bezeichnet sind, wird am Bohrgerät über zwei Rollen 72, 73 Ci¹Ig. 9) geführt und umgelenkt. Es sind am Bohrge-

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an

rät,und zwar/der Drehantriebseinheit 34,zwei Führungsglieder 74- vorgesehen, welche die Kabelzüge 16, 17 führen und außerdem auch eine Führung beim Aufsetzen der Förderkapsel 18 bilden (Fig. 8 und 1o). Die Kammer im Gehäuse der Drehantriebseinheit 34, in welcher das Ritzel 41, die Fassung 39 für die Abtriebswelle 4o und der Kraftzylinder 44 montiert sind, ist mit öl gefüllt und' durch eine Aufsetzplatte 76 (Fig. 12) verschlossen. In der ' Darstellung nach Fig. 8 ist der obere Teil der Aufsetzplatte 76 im wesentlichen längs der Linie 8-8 in. Fig. weggelassen. Die Abtriebswelle 4o .erstreckt sich nach oben bis in die Aufsetzplatte 76 und ist in ihrer dortigen Aufnahmebohrung durch eine geeignete Dichtungabgedichtet.

Die Aufsetzplatte 76 bildet die Plattform, auf welcher die Förderkapsel 18 landet. Diese besteht aus einem länglichen zylindrischen Teil 77 (Fig· 12)und einem Unterteil 78ι welcher auf seiner Unterseite einen kegelstumpffÖrmpLgen Dichtungsring 79 aus Gummi trägt und außerdem mit vier sich radial erstreckenden Armen 8o (Fig. 11) versehen ist. Der zylindrische Teil 77 der Förderkapsel ist doppelwandig ausgebildet (Fig. 12), wobei die innere Zylinderwand 81 einen Zylinderraum für eine kolbenförmig ausgebildete Kupplungseinrichtung: 82 bildet, an welcher das Kabel 19 befestigt ist und welche dazu dient, mit einem durch das Bohrgestänge verschieblichen Kernaufnahmerohr gekuppelt zu werden. Die Förderkapsel 18 ist bei 86 mit dem mit 16 bezeichneten Kabelende verbunden und führt sich mittels einer Führungseinrichtung 87 (Fig. 8 und 1o) auf dem Kabelende 17. Die Förderkapsel 18 kann also mittels des Kabels 16, 17 zwischen demSchiff und dem Bohrgerät 11 hin-und hergezogen werden. An der Aufsetzplatte 76 ist ein Ring 88 befestigt. Falls die Förderkapsel 18 beim Aufsetzen auf das' Bohrgerät nicht aufrecht steht, wird einer der an ihr angebrachten Arme

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- 1ο -

gegen den Ring 88 stoßen, so daß die Förderkapsel durch das Kabel 16, 17 in die aufrechte Lage gezogen und dadurch der Aufsetzvorgang erleichtert wird.

In der mit Wasser gefüllten Kammer 27 des Gehäuses 24-ist eine Spülwasserpumpe 89 installiert, deren Saugleitung für das anzusaugende Seewasser^ auf der Oberseite der ■Aufsetzplatte 76 mündet, und zwar in einem Bereich, welcher nach dem Aufsetzen der Förderkapsel 18 innerhalb des Dichtungsringes 79 und somit des durch diesen, das Unterteil 78 der.Förderkapsel und die Aufsetzplatte 76 begrenzten Hohlraums 9o liegt. Radial nach innen ist der Hohlraum 9o durch eine weitere, auf der Aufsetzplatte 76 zur Anlage kommende Dichtung 91 auf der Unterseite des Unterteils 78' abgedichtet. Ein federbelastetes Überdruckventil 92, welches erst bei einer bestimmten Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruok im Wasser und dem durch die Pumpe 89 erzeugten Unterdruck im Hohlraum 9o öffnet, hält dort den Unterdruck auf einem ganz bestimmten Wert, welcher sich durch Veränderung der Federkraft des Ventils 92 einstellen lässt. Durch den Unterdruck wird die Förderkapsel 18 sofort nach ihrer Landung auf der Aufsetzplatte 76 festgesaugt und dadurch gehalten. Die Druckleitung 93 der Spülwasserpumpe 89 führt zu einem Ventil 94- in der Aufsetzplatte 76. Dieses Ventil 94· wird durch Federkraft in einer Ausgangsstellung gehalten, in welcher die Druckleitung der Pumpe an einen Kanal 95 angeschlossen ist, der in einen zylindrischen Raum oberhalb der hohlen Abtriebswelle 4-0 führt, so daß das Spülwasser während der Bohrarbeiten in die Abtriebswelle und damit in das Bohrgestänge gedrückt wird. Wenn sich jedoch die Förderkapsel 18 auf das Bohrgerät setzt, betätigt sie ein Hebelgestänge 96, durch welches das Ventil 94 in die in Fig. 12 dargestellte Lage umgestellt wird, in welcher die Druckleitung der Pumpe 89 an einen anderen Kanal 97 ange-

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schlossen wird, welcher durch die Dichtung 91 hindurch in den Zwischenraum zwischen den beiden Wänden des zylindrischen Oberteils.77 öler Förderkapsel führt. Durch eine Öffnung am oberen Ende der inneren Wand 81 gelangt das Druckwasser in den durch diese gebildeten Zylinder über die kolbenförmige Kupplungseinrichtung 82, die auf diese Weise durch die Abtriebswelle 4o und das Bohrgestände nach unten gedrückt wird. Gleichzeitig, während das Ventil ⁰A umgestellt wird, öffnet die aufsetzende Förderkapsel einen Verschluß 98 in der zentralen Öffnung der Aufsetzplatte 76 oberhalb der Abtriebswelle 4·ο und des Kanals 95· Dieser Verschluß war zum Einpumpen von Spülwasser in das Bohrgestänge erforderlich, würde aber der niederfahrenden Kupplungseinrichtung 82 im Wege sein.

Es versteht sich, daß das Ventil 94 und der Verschluß nur sehr schematisch dargestellt sind. Beide sind in praktischer Ausführung vorzugsweise als ein einziges Ventil ausgebildet. Zweckmäßigerweise werden dabei auch die Streben 36 als Teile der Saugleitung zwischen der Drehantriebseinheit und der Pumpe 89 benutzt.

Nach der Darstellung in Fig. 12 ist die Kupplungseinrichtung 82 gerade mit einem Kernaufnahmerohr durch Verhaken zusammengekuppelt. Zu diesem Zweck hat das letztere ein Paar Haken 99> welche hinter einen wie eine Speerspitze ausgebildeten Kopf 1oo an der Kupplungseinrichtung 82 eingreifen können. Die Kupplungseinrichtung 82 und das Kernaufnahmerohr 98 können zusammengekuppelt und wieder gelöst und das Kernaufnahmerohr 98, welches in seiner Position am vorderen Ende des Bohrgestänges den inneren rohrförmigen Teil einer aus diesem und einem äußeren Kernrohr bestehenden Kernaufnahme bildet, kann mit dem äußeren Kernrohr verriegelt werden. Das letztere trägt eine Kern-

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bohrkrone aus Diamanten oder Hartmetallschneiden. Die Einzelheiten dieses Kupplungsmechanismus und des Lösens der Kupplungen sind in der US-PS 3 56? 269 beschrieben.

Die Spülwasserpumpe 89 in der mit Wasser gefüllten Kammer 27 des Gehäuses 24 wird über eine Kette durch einen elektrischen Motor 1o1 in der mit.öl gefüllten Kammer 28'angetrieben. Dort befindet sich außerdem eine Hydraulikpumpe 1o2 für den hydrostatischen Antrieb des Drehantriebmotors 38, eine'Hydraulikpump'e 1o3 zur Versorgung der hydraulisch· ausfahrbaren Füße 12-14 und des Propellers 22 und eine Hydraulikpumpe 113 j welche mit dem Vorschubzylinder 35 zusammenwirkt. Die Hydraulikpumpen werden durch Elektromotoren angetrieben, welche ohne Gehäuse unmittelbar im öl rotieren, und die Pumpen saugen das öl unmittelbar aus ihrer Umgebung an. Wenn der Vorschubzylinder 35 betätigt wird,, verändert sich die Menge des Niederdrucköls, aber auch diese beträchtlichen Schwankungen werden durch die flexible Kappe 29 aufgefangen.

In der mit Wasser gefüllten Kammer 27 befindet sich eine kleine Luftkammer 11ο mit einem Anzeigegerät 111 für die Neigung. Dieses in ^ig. 7 dargestellte Anzeigegerät besteht aus drei kommunizierenden, teilweise mit einer leitenden Flüssigkeit gefüllten Glasrohren, welche nach den drei Füßen 12-14 ausgerichtet sind. Vier den Flüssigkeitsstand abfühlende Elektroden sind über das Kabel 2o mit Anzeigegeräten auf dem Schiff verbunden, so daß dort die Neigung sichtbar gemacht werden kann. Der Flüssigkeitsstand in den Glasrohren kann mittels eines motorisch angetriebenen Kolbens 112 verändert werden.

Nachfolgend wird die Funktion der beschriebenen Vorrichtung unter Bezugnahme insbesondere auf Fig. 24 beschrieben, in

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welcher die Schließeinrichtung 68, die Klemmeinrichtung; die Rohrgehäusekleinmeinrichtuiig 6o und das Spannfutter schematisch dargestellt sind. Das Magazin 31 ist aus zeichnerischen Gründen weggelassen worden.

Nachdem das Bohrgerät 11 auf dem Meeresgrund'abgesetzt worden ist, wird die Drehantriebseinheit 34- in ihre obere Stellung verfahren und das Magazin 31 soweit gedreht, bis ein Rohrgehäuse 1o5 in dem Magazin mit der Abtriebswelle 4-0 und den Futtern fluchtet. Das Rohrgehäuse, welches selbst ein Rohr ist, hat an seinem unteren Ende eine kranzförmige Bohrkrone und an seinem oberen Ende einen Adapter 1o4. Dieser ist mit dem Rohrgehäuse durch eine Bajonettverbindung vereinigt und weist an seinem oberen Ende ein Gewinde auf, so daß er mit dem unteren Ende der Abtriebswelle 4-0 verschraubt werden kann. Das Rohrgehäuse 1o5 und sein Adapter 1o4- sind in Fig. 21 dargestellt, wo auch der obere Teil des Magazins angedeutet ist. Dessen obere Querplatte 65 hat eine Buchse mit einer Anzahl Gummiringe 1o7, deren einer den Adapter:·· 1o4 hält. Die Bohrstangen-Klemmeinrichtung 55 ist wie gemäß Fig. 17 weit geöffnet und- die Schließeinrichtung 68 sowie die Rohrgehäuse-Klemmeinrichtung 6o sind ebenfalls geöffnet, so daß das Rohrgehäuse 1o5 hindurchgeführt werden kann. Die Drehantriebseinheit 34- wird nunmehr abgesenkt, während die Abtriebswelle 4o rotiert, so daß diese auf den Adapter, geschraubt wird und das Rohrgehäuse sich in den Meeresgrund einbohrt, bis eine Ringnut 1o6 im oberen Bereich des Rohrgehäuses sich gerade gegenüber Klemmeinrichtung 6o befindet. Diese wird betätigt und hält nun, wie in Fig. 22 gezeigt, das Rohrgehäuse 1o5;bis die Bohrarbeiten beendet sind. Auf diese Weise wird das Bohrgerät 11 auf dem Meeresgrund fest verankert.

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Nachdem das Rohrgehäuse eingebohrt worden ist, wird die Abtriebswelle 4o ein wenig rückwärts gedreht und dann die Drehantriebseinheit 34- hochgefahren, so daß die Bajonettverbindung zwischen dem Adapter 1o4 und dem Rohrgehäuse 1o5 gelöst wird. Der Adapter 1o4 wird nun in der Klemmeinrichtung 55 festgeklemmt (Fig. 16), und der hydraulische Kraftzylinder 44 der Drehantriebseinheit (Fig. 13) wird zusammengezogen (Fig. 14), wodurch die Schraubverbindung zwischen der Abtriebswelle 4o und dem Adapter ■ 1o4 gelockert wird. Der Kraftzylinder 44 dreht die Abtriebswelle 4o nur um ungefährt 3o°. Die Schraubverbindung wird also zwar gelockert aber nicht vollständig gelöst. Die Drehantriebseinheit wird dann weiter hochgefahren, bis der Adapter · 1o4 in den Gummiringen 1o7 steckt, woraufhin die Abtriebswelle 4o rückwärts gedreht und vom Adapter:..· losgeschraubt wird. Die Drehantriebseinheit 34· wird nunmehr in ihre obere Endstellung gefahren. Der Adapter.- 1o4 bleibt im Magazin, wie in Fig. 23 gezeigt.

Da die auf dem Meeresgrund anzutreffenden Bedingungen sehr unterschiedlich sind, wird das Magazin 31 normalerweise mit zwei Rohrgehäusen 1o5 mit Adaptern 1o4 ausgerüstet. Die beiden Rohrgehäuse haben unterschiedliche Längen, so daß die Bedienungsmannschaft das jeweils besser geeignete Rohrgehäuse auswählen kann. Das andere bleibt im Magazin und wird nicht benutzt.

Die Schließeinrichtung 68 wird in die geschlossene Stellung

umgestellt und das Magazin 3I weitergedreht, so daß das unterste Element des Bohrgestänges, nämlich das äußere Kernaufnahmerohr mit an seinem unteren Ende befestigter Kernbohrkrone mit den Spannfuttern und Klemmeinrichtungen fluchtet. Die Drehantriebseinheit 34- wird langsam abgesenkt, während die Abtriebswelle 4o rotiert und, während

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das äußere Kernaufnahmerohr auf der Schließeinrichtung steht, schraubt sich die Abtriebswelle 4o mit diesem zusammen, da die Reibung in der Magazinhalterung hierfür ausreicht. Nun kann die Schließeinrichtung 68 geöffnet werden und das Bohren durch das bereits eingebohrte Rohrgehäuse hindurch beginnen. Sobald die Verbindungsstelle zwischen dem Kernrohr und der Abtriebswelle 4o gerade unterhalb der Schließeinrichtung 68 gelangt ist, wird das Kernrohr durch di.e Klemmeinrichtung 55 geklemmt und die Schraubverbindung mittels des Kraft Zylinders 44 gelockert und mittels des Drehantriebsmotors 38 gelöst. Die Drehantriebseinheit 44 wird danach wieder hochgefahren, daß Magazin 31 einen Schaltschritt weiter gedreht und ein einzelnes Bohrrohr zunächst mit der Abtriebswelle und dann mit dem Kernrohr verschraubt.

Jedes Mal, wenn das in das äußere Kernrohr abgesenkte innere Kernaufnahmerohr mit einem Bohrkern gefüllt ist oder der Kern bricht und klemmt, bewegt sich das innere Kernaufnahmerohr in dem äußeren Kernrohr ein wenig nach oben, wobei ein nicht gezeigter, am oberen Ende des Kernaufnahmerohrs angebrachter Gummiring so betätigt wird, daß er die Spülflüssigkeit blockiert. Daraus resultiert ein Druckanstieg im Strom der Spülflüssigkeit, und da deren Druck auf den Instrumenten an Bord des Schiffes angezeigt wird, weiß die Bedienungsmannschaft, wann das Kernaufnahmerohr 98 gelehrt werden muß. Dann wird der* Bohrantrieb abgestellt und die IPörderkapsel 18 mittels des Seils 16, 17 zu dem Bohrgerät gezogen. Wenn sie sich auf dieses setzt, wird die kolbenförmige Kupplungseinrichtung 82 mit dem speerspitzenformigen Kupplungselement 1oo selbstätig durch das Bohrgestänge bis zum Kernrohr nach unten gepumpt, und die Speerspitze.1oo verriegelt sich automatisch mit den Haken 99 am oberen Ende des inneren Kernaufnahmerohrs. Wenn dann das Seil 19 ange-

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zogen wird, wird das innere Kernaufnahmerohr von dem äußeren Kernrohr gelöst und gleichzeitig der Kern an seinem unteren Ende abgetrennt. Die Kupplungseinrichtung 82 mit dem Kernaufnahmerohr wird mit dem Seil 19 in die obere Stellung in der Förderkapsel gezogen. Während des Hochziehens kann der Pumpendruck der Spülwasserpumpe 59 aufrecht erhalten bleiben, welcher von oben auf die . Kupplungseinrichtung 82 wirkt, wenn in bevorzugter Ausführung die Kupplungseinrichtung einen Durchlaßkanal mit Ventil aufweist, welches den Durchfluss der Spülflüssigkeit gestattet.

Danach wird ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil 1o7 in der Weise betätigt, daß die Druckleitung und die Saugleitung der Pumpe 89 in Verbindung gebracht werden. Infolge Leckage durch das Überdruckventil 92 steigt nunmehr der Druck im Hohlraum 9o bis auf den Umgebungsdruck im Wasser an, so daß die Förderkapsel 18 durch das Seil 16, 17 oder das Seil I9 zur Wasseroberfläche gezogen werden kann. Das Kernaufnahmerohr 98 wird an Bord des Schiffes geleert, danach die Förderkapsel 18 wieder bis zum Aufsetzen auf dem Bohrgerät heruntergezogen und die Kupplungseinrichtung 82 in das Bohrloch nach unten gepumpt, um das Kernaufnahmerohr wieder an das untere Ende des Bohrgestänges zu bringen, wo es automatisch mit dem äußeren Kernrohr verriegelt wird und gleichzeitig von der Kupplungseinrichtung 82 gelöst wird. Diese wird wieder zur Förderkapsel hin-gezogen und zusammen mit der letzteren dann weiter zur Wasseroberfläche oder halbwegs zur Wasseroberfläche weitergezogen, wo diese Teile hängen gelassen werden bis das Kernaufnahmerohr wiederum geleert werden muß.

Wenn die gewünschte Tiefe des Bohrlochs erreicht ist, werden die Bohrrohreides Bohrgestänges wieder in das

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Magazin eingeholt. Dazu wird die Drehantriebseinheit in ihre Stellung nach 3Tig. 24 verfahren, in welcher sich die Verbindungsstelle zwischen der Abtriebswelle 4o und dem obersten Bohrrohr 1o8 in der Mitte, des doppelten Spannfutters 67 befindet. Die beiden Einzelfutter des Doppelspannfutters werden betätigt und fassen' die-genannten Rohrteile,' das Doppelspannfutter selbst bleibt zunächst insgesamt frei drehbar. Es wird dann der Kraftzylinder 44 betätigt, um die Schraubverbindung zwischen dem obersten Bohrrohr 1o8 und dem übrigen Bohrgestänge 1o9, welches inzwischen durch die Klemmeinrichtung 55 fest gehalten wird, zu lockern, wobei das Doppelspannfutter 47 die Schraubverbindung zwischen der Abtriebswelle 4o und dem Bohrrohr 1o8 geschlossen hält. Nunmehr werden die Klemmeinrichtung 55 und das Spannfutter 47 geöffnet und die Drehantriebseinheit abgesenkt, bis die Verbindungsstelle zwischen dem Bohrrohr 1o8 und dem übrigen. Bohrgestänge 1o9 gerade oberhalb der Klemmeinrichtung liegt. Daraufhin werden die Klemmeinrichtung ^ und das Spannfutter 47 geschlossen, um das Bohrgestänge 1o9 zu halten, während das Bohrrohr 1o8 mittels des Drehantriebsmotors 38 vom Bohrgestänge 1o9 losgeschraubt wird. Das Doppelspannfutter 47 ist axial beweglich, wodurch dieses Losschrauben ermöglicht wird. Danach wird die Drehantriebseinheit 34 hochgefahren, bis die Verbindungsstelle zwischen der Abtriebswelle 46 und dem Bohrrohr 1o8 sich wieder in der Mitte des Doppelspannfutters 47 befindet, und es wird das untere Einzelfutter 49 gespannt, so daß es das Bohrrohr 1o8 hält, während .der'Kraftzylinder 44 und der Drehantriebsmotor 38 die Abtriebswelle lockern und von dem Bohrrohr abschrauben, wobei Drehung des Spannfutters mittels Kraftzylinder 52 verhindert ist. Nunmehr wird die SchließEinrichtung 68 geschlossen, so daß das Bohrrohr 1o8 auf sie auftrift, wenn sich die Spannklauen des Doppelspannfutters 47 lösen.

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Das Magazin kann anschließend einen Schaltschritt weitergedreht werden, wobei das Bohrrohr 1o8 darinnen bleibt. Die Abtriebswelle 4-0 kann wieder durch das Magazin abgesenkt werden, mit dem nunmehr obersten Bohrrohr verschraubt und wieder hochgezogen werden, wobei das Bohrgestänge nachgezogen wird. In der beschriebenen Weise wird dann das nächste Bohrrohr in.das Magazin zurückgeholt. Wenn wieder alle Bohrrohre im Magazin enthalten sind, wird dieses gedreht, bis der Rohrgehäuse-Adapter· 1o4-mit der Abtriebswelle 4o fluchtet, die daraufhin mit ihm zusammengeschraubt wird. Anschließend wird das Rohrgehäuse 1o5 in das Magazin gezogen und die Verbindung zwischen dem Adapter.:· 1o4 und der Abtriebswelle 4o gelöst.

Nunmehr kann das gesamte Bohrgerät 11 angehoben und an anderer Stelle zum Bohren eines weiteren Bohrlochs, abgesetzt werden, ohne daß es nötig wäre, daß Gerät an die Wasseroberfläche hochzuziehen.

Pat ent ansprüche

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Claims

Pat ent ansprüche

1. Vorrichtung .zum Unterwasserbohren mit' einem von einer Station an der Wasseroberfläche auf den Grund absenkbaren und dort auf-zustellenden Bohrgerät zum Kernbohren, gekennzeichnet durch eine durch einen Vorschubantrieb (35) axial verfahrbare Drehantriebseinheit (34) für ein rohrförmiges Bohrgestänge (1o8, 1o9)> zu dem ein Kernrohr mit einem inneren, während des Betriebs auswechselbaren Kernaufnahmerohr (98) gehört, sowie eine längs einer Führung (16, 17) zwischen der Station (15) und dem Bohrgerät verfahrbare, an letzterem lösbar fest- · legbare Förderkapsel (18) mit einer in das rohrförmige Bohrgestänge (1o8, 1o9) absenkbaren, mit dem Kernaufnahmerohr (98)-lösbar in Eingriff zu bringenden Kupplungseinrichtung (82, 1oo).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch, ge-kennzeichnet, daß durch die Kupplungseinrichtung (82, 1oo) ein mittels der Förderkapsel (18) von der Station (15) zum Bohrgerät (11) transportiertes leeres Kernaufnahmerohr (98) in das Bohrgestänge (1o8, 1o9) absenkbar und an dessen Ende von der Kupplungseinrichtung lösbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß· die Führung zwischen der Station (15) und dem Bohrgerät (11) aus wenigstens 2 Kabeln, Seilen oder dergleichen (16, 17, 2o) besteht_> und am Bohrgerät (11) eine Fühl- oder Meßeinrichtung

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(23) zur Feststellung der Ausrichtung des Geräts angebracht ist, welches zur Verhinderung von Drehungen während des Absenkens im Wasser einen Stellantrieb (22) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgerät (11) mit einer Spülwasserpumpe (89) ausgerüstet ist, deren Ansaugleitung auf der Oberseite des Geräts nach außen offen ist und die Förderkapsel (18) dadurch am Bohrgerät festlegbar ist, daß nach ihrem Aufsetzen auf dessen Oberseite ein nach außen abgedichteter Hohlraum (9o) gebildet ist, welcher Anschluß an die Ansaugleitung hat.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer den Hohlraum (9o) mit der Umgebung verbindenden Leitung ein auf eine bestimmte Druckdifferenz zwischen Hohlraum und Umgebung ansprechendes Überdruckventil (92) angeordnet ist, welches den Unterdruck im Hohlraum (9o) begrenzt.

6# Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschubantrieb aus einem doppelt wirkenden Kraftzylinder (35) zwischen der Drehantriebseinheit

(34) und dem Gehäuse des Bohrgeräts besteht, wobei der ölvorrat für die Betätigung des KraftZylinders

(35) in einem durch eine elastische Kappe (29) abgedeckten Gehäuseraum (24) enthalten ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6_? gekennzeichnet durch Vorbindungsstancon (36) mit Kniegelenken zwischen der Drehantriebseinheit (34) und

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dem Gehäuse (35» 32, 24), welche eine Relativdrehung beider Teile verhindern.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehantriebseinheit (3²O eine in beiden Drehrichtungen antreibbare hohle Abtriebswelle (4o) aufweist, deren unteres Ende mit einem Element (1o8) des Bohrgestänges verchraubbar ist und welche zum Festziehen und Lösen der Verschraubungen des Bohrgestänges (1o8, 1o9) mit einem wahlweise frei drehbaren oder gegen Drehung blockierbaren doppelten Spannfutter (47) mit zwei, unabhängig voneinander einzeln betätigbaren, mit axialem Zwischenabstand angeordneten Sätzen Spannklauen (48, 49) zusammenwirkt, von denen in der oberen Stellung der Drehantriebseinheit (34) die oberen Spannklauen der Abtriebswelle und die unteren einem Element (1o8) des·Bohrgestänges gegenüberliegen, und daß unterhalb des Spannfutters (47) ein Magazin (3Ί) zur Aufnahme von Elementen (1o8) für ein Bohrgestänge mit einer Schließeinrichtung (68) zum wahlweisen Verschließen der zentralen unteren Durchstecköffnung des Magazins (3Ί) und darunter "eine Klemmeinrichtung (55) zum wahlweisen Festklemmet eines Elements (1o8, 1o9) des Bohrgestänges angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach ein oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die auf das Bohrgerät (11) aufsetzendende Förderkapsel (18) ein Ventil (94, 98) umstellbar ist, durch welches die vorher an das Bohrgestänge (1o8, 1o9) angeschlossene Druckleitung der Spülwasser-pumpe an eine aie als Kolben ausgebildete, in das Bohrgestänge absenkbare Kupplungseinrichtung (82) führende Leitung in der Förderkapsel anschließbar ist.

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1o. Vorrichtung nach, einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Führung dienendes Kabel, Seil · oder dergleichen (16, 17) über Leitrollen (72, 73) am Bohrgerät (11) geführt und an der Förderkapsel (18) befestigt ist und ein weiteres Kabel, Seil oder dergleichen (19) direkt von der Station (15) zur Förderkapsel (15) führt.

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