DE2056064A1

DE2056064A1 - Underwater drill

Info

Publication number: DE2056064A1
Application number: DE19702056064
Authority: DE
Inventors: Joachim 4524 Worpswede. E2 Ib 47-00 Wolters
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Current assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Priority date: 1970-11-14
Filing date: 1970-11-14
Publication date: 1972-05-18
Also published as: DE2056064B2

Description

Unterwasserbohrgerät Die Erfindung betrifft ein Unterwasserbohrgerät zum automatischen Niederbringen von Bohrungen in den Meeresboden für geologische Untersuchungen, Probenahme usw.Underwater drilling device The invention relates to an underwater drilling device for the automatic drilling of boreholes in the seabed for geological Investigations, sampling, etc.

Bei der Prospektion und Exploration von Bodenschätzen unter den Meeresgrund bendtigt man in der Regel als Ergänzung zu den seismischen, gravimetrischen und megnetischen Untersuchungen Bodenproben und Bohrlochsessungen. Sie erst geben endgültigen Aufshcluß über die Schichtung, den Aufbau und die Zusammensetzung des Meeresboden und damit über die Höffigkeit des untersuchten Gebietes.When prospecting and exploring natural resources under the seabed As a rule, one ends up as a supplement to the seismic, gravimetric and Magnetic investigations, soil samples and borehole measurements. You only give final Information about the stratification, structure and composition of the seabed and thus about the hopefulness of the examined area.

Im Stadium der frospektion genügen weistens vereinzelte weit auseinander liegende Bohrungen, während bei der qualitativen und quantitativen Exploration ein dichtes Netz von Bohrungen niedergebracht werden muß. Das ist zurzeit - zumindest in Wassertiefen> 200 m - lit großen, zeitlichem und technische Aufwand (Einsatz von Bohrungen und Bohrschiffen) verbunden und dadurch mehr teuer.In the stage of the inspection it is sufficient to point a few far apart boreholes while in qualitative and quantitative exploration dense network of holes must be sunk. That's right now - at least in water depths> 200 m - lit large, time-consuming and technical effort (use drilling and drilling ships) and therefore more expensive.

Es sind bereits Bohrgeräte zur Durchführung derartiger Untersuchungen bekannt. Beispielsweise ist ein derartiges Bohrgerät bekannt, bei den auf einen Rahmen nit drei verstellbaren FUBen ein Bohrmast mit einem Vorschubzylinder sowie Bohrgestängemagazin angeordnet sind Der Vorschubzylinder ist mit eine. Motor zum Antrieb des Bohrgestänges ausgerüstet. Ferner ist ii Rahmen des Bohrgerätes eine Abfangvorrichtung für das Bohrgestänge vorgesehen0 Die Energieversorgung und Steuerung dieses Bohrgerätes erfolgt von einer schwimmenden Basis aus, die außer mit den erforderlichen Kabeln auch dauernd mit einem Führungsseil iit den Bohrgerät verbunden ist.There are already drilling rigs for carrying out such investigations known. For example, such a drill is known in which on one Frame with three adjustable feet, a drill mast with a feed cylinder as well Drill rod magazine are arranged The feed cylinder is with a. Engine to Equipped to drive the drill pipe. Furthermore, ii frame of the drill is a Support device provided for the drill pipe 0 The energy supply and control of this rig is done from a floating base, the except with the necessary cables also permanently with a guide rope iit the drill connected is.

Die Einsatztiefen dieser Geräte sind jedoch auf Wassertiefen beschränkt, die geringer als 200 m sind. Die Bohrtiefen der Geräte sind auf höchstens 100 i begrenzt. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Geräte besteht weiterhin darin daß sie während der gesaiten Einsatzdauer auf eine oder mehrere Kabelverbindungen mit der über den Bohrort stehenden Basis angewiesen sind, die die benötigte Energie, die S-teuerkommandos usw liefert. Dadurch entfällt die Möglichkeit, Bohrungen an verschiedenen Stellen des Meeresboden schnell nacheinander durchzuführen.The operating depths of these devices are limited to water depths, that are less than 200 m. The drilling depths of the devices are limited to a maximum of 100 i limited. A major disadvantage of the known devices is still there that they use one or more cable connections during the entire period of use are dependent on the base above the drilling site, which supplies the required energy, the S-control commands etc delivers. This eliminates the possibility of drilling different places on the seabed in quick succession.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den technischen und zeitlichen Auf wand, insbesondere für Bohrungsserien, mit Hilfe eines automatisierten Unterwasserbohrgerätes m verringern und das gesamte Untersuchungsverfahren dadurch zu rationalisieren, daß ein Schiff mehrere dieser Geräte mitführt und relativ schnell zu dem gewünschten Stellen aussetzen kann.The object of the present invention is to provide the technical and Time expenditure, especially for series of holes, with the help of an automated Underwater drilling rig m and thereby the entire investigation process to rationalize that a ship carries several of these devices and relatively quickly can expose to the desired places.

Diese Aufgabe is erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bohrgerät mit einer Energiequelle und einem vollautomatischen Kommandogerät ausgestattet und mit Schwimmkörper versehen ist.This object is achieved according to the invention in that the drilling device equipped with an energy source and a fully automatic command device and is provided with a float.

Eo ist zweckmäßig, das Unterwasserbohrgerät mit einen lösbaren Boh@@@bkopf zu versehen, der gegebebnenfalls mit einem automatischen Signalgeber ausgerüstet ist. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Bohrgestängemagazin als konischer Korb ausgebildet} der den Bobriast konzentrisch umgibt und mit einem Schrittmotor gekuppelt ist.Eo is useful, the underwater drilling rig with a detachable Boh @@@ bkopf to be provided, which may be equipped with an automatic signal transmitter is. In a particularly advantageous embodiment, the drill rod magazine is designed as a conical basket} which surrounds the Bobriast concentrically and with a Stepper motor is coupled.

Das Unten wasserbohrgerät nach der Erfindungs hat den Vorteil, daß es nach dem Posotionieren und Absenken auf dem Meeresboden von @e Heltkabel getrennt werden kann, das es mit dem aussetzenden Schiff verbindet, und ron diesen Zeitpunkt an alle weiteren Funktionen mit Hilfe einer Programmsteuerung über das Kommandogerät selbsttätig ausführt.The down water drill according to the invention has the advantage that it was separated from @e Heltkabel after it was positioned and lowered to the seabed that it can be with the suspending Ship connects, and ron this point in time to all other functions with the help of a program control the command device carries out automatically.

Nach Beendigung des Bohrvorgangs erfolgt entweder selbsttätig oder aufgrund eines vom Schiff ausgesandten Signals das Abtrennen des Bohrlochkopfes und gegebenenfalls zusätzlicher Ballastgewichte und ein selbsttätiges Auf treiben zur Meeresoberfläche, wo das Unterwasserbohrgerät wieder an Bord genom men werden kann. Die für das Auftreiben erforderlichen Schwixakörper können während des Bohrvorgangs geflutet sein* wenn das Unterwasserbohrgerät mit an sich bekanten Vorrichtungen zum Lenzen der Schwimmkörper versehen ist. Das hat den Vorteilt daß auf zusätzliche Ballastgewichte verzichtet werden kann.After completion of the drilling process takes place either automatically or cutting off the wellhead on the basis of a signal sent by the ship and, if necessary, additional ballast weights and an automatic evacuation to the sea surface, where the underwater drilling rig can be taken back on board can. The Schwixakkörper necessary for the driving can be done during the drilling process be flooded * if the underwater drilling rig has devices that are known per se is provided for pumping the float. This has the advantage that on additional Ballast weights can be dispensed with.

Der vom Unterwasserbohrgerät trennbare Bohrlochkopf verbleibt als Bohrlochmarkierung am Meeresgrund. Eine Ausrüstung des Bohrlochkopfes mit eine Signalgebererleichtert das spätere Wiederauffinden des Bohrloches.The well head, which can be separated from the underwater drilling rig, remains as Hole marking on the seabed. Equipping the wellhead with a signal transmitter facilitates later retrieval of the borehole.

In den beigefügten Zeichnungen ist schematisch ein Unterwasserbohrgerät nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 eine Ansicht des Unterwasserbohrgeräts, Fig. 2 einen Schnitt durch das Bohrgestängemagazin und Fig. 3 eine Draufsicht auf das Bohrgeständemagazin.In the accompanying drawings there is schematically an underwater drilling rig shown according to the invention, namely Fig. 1 shows a view of the underwater drilling device, FIG. 2 shows a section through the drill rod magazine and FIG. 3 shows a plan view the drill rig magazine.

Das Unterwasserbohrgerät 1 weist einen auf einer Plattform 2 angeordneten Rahmen aus drei rohrförnigen Ständern 3 auf, die an ihren oberen Ende durch Querträger 4 miteinander verbunden sind.The underwater drilling device 1 has a device arranged on a platform 2 Frame made up of three tubular uprights 3, which are attached to their upper end by cross members 4 are connected to each other.

In den Ständern 3 sind höhenverstellbare Beine 5 gelagert, die an ihrem unteren Ende in sphärischen lagern drehbare Füße 6 aufweisen. Auf der Plattform 2 ist ein Gestängemagazin 7, das als konischer Korb ausgebildet ist* um eine vertikale Achse drehbar gelagert und über ein Zahnradgetriebe 8 mit einem Schrittmotor 9 gekuppelt.In the stand 3 height-adjustable legs 5 are mounted on have their lower end rotatable feet 6 in spherical bearings. On the platform 2 is a rod magazine 7, which is designed as a conical basket * around a vertical one Axis rotatably mounted and coupled to a stepper motor 9 via a gear drive 8.

An einer im Rahmen befestigten Führungsstange 10 ist der Bohrantrieb 11 axial verschiebbar und schwenkbar gelagert. Unterhalb der Plattform 2 ist der Bohrlochkopf 12 lösbar befestigt, der als konischer Trichter ausgebildet ist und an seinem unteren Ende eine Auffangvorrichtung 13 besitzt.The drill drive is attached to a guide rod 10 fixed in the frame 11 axially displaceable and pivotable. Below platform 2 is the Well head 12 detachably attached, which is designed as a conical funnel and has a collecting device 13 at its lower end.

Am oberen Teil des Rahmens sind Schwimmkörper 14 angeordnet.Floating bodies 14 are arranged on the upper part of the frame.

Ferner ist der Rahmen mit einer Haltering 15 versehen. Auf der Plattform 2 sind eine Energiequelle 16 sowie das Kommandgerät 17 befestigt.The frame is also provided with a retaining ring 15. On the platform 2, an energy source 16 and the command device 17 are attached.

In der Fig. 2 ist ein Schnitt durch das Gestängemagazin 7 dargestellt. Das Gestängemagazin 7 ist auf Wälziagern 7a9 7b um seine Achse drehbar gelagert und über das Zahnradgetriebe 8 mit des Schrittmotor 9 gekuppelt. Innerhalb des Gestängemagazin 7 ist die Führungsstange 10 für den Bohrantrieb 11 angeordnet, der an der Führungsstange 10 axial verschiebbar und schwenkbar befestigt ist. In den Gestängemagazin 7 sind die Bohrgentingeteile 18 gelagerte die durch eine (nicht dargestellte) Klemmvorrichtung gehalten werden können, die nach Durchführung einer Bohrung vor dem Auftreiben des Unterwasserbohrgeräte einschaltbar ist. Vor und während einer Bohrung ruhen die unteren Enden der Bohrgestängeteile 18 in einer im Bohrlochkopf 12 angeordneten Führungsleiste 19, die auf ihre Umfang an einer vorgegebenen Stelle eine Unterbrechung 19a aufweist. Der Bohrantrieb 11 ist mit einem Aufnahmedorn 20 ausgerüstet. An seine oberen Rand weist das Gestängemagazin 7 eine Halteleiste 21 auf, die an einer inbezug auf die Führungsstange 10 symmetrisch zur Unterbrechung 19a liegenden Stelle einen Ausbruch 21a besitzt.In Fig. 2 a section through the rod magazine 7 is shown. The rod magazine 7 is rotatably mounted on roller bearings 7a9 7b about its axis and coupled to the stepping motor 9 via the gear drive 8. Inside the rod magazine 7, the guide rod 10 for the drill drive 11 is arranged, which is on the guide rod 10 is mounted axially displaceable and pivotable. In the rod magazine 7 are the Bohrgentingeteile 18 supported by a (not shown) clamping device can be kept after drilling a hole before driving the Underwater drilling rigs can be switched on. Before and during a drilling, the lower ends of the drill string parts 18 arranged in a wellhead 12 Guide bar 19, which has an interruption on its circumference at a predetermined point 19a. The drill drive 11 is equipped with a mandrel 20. To his The upper edge of the rod magazine 7 has a holding bar 21 which is attached to a in relation on the guide rod 10 symmetrically to the interruption 19a a point Outbreak 21a possesses.

Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist folgendes Nach dem Absenken des Unterwasserbohrgeräts 1 auf den Meeresbodem an der vorgegebenen Stelle, die durch eine Bohrung näher untersucht werden soll, wird das Gerät durch Verstellung der Beine 5 horizontal ausgerichtet und nach lösen des Ualtekabels von dem Haltering 15 der Steuerung durch das Kommandogerät 17 überlassen. Nach der Niederbringen einer Bohrung bis auf eine Tiefe, die der Länge eines Bohrgestängeteils 18 entspricht, wobei der Bohrantrieb 11 an der Führungsstange 10 abwärts geglitten istt wird der Bohrantrieb 11 wieder in seine Ausgangsstellung A zurückgeführt. Durch die Drehung des Bohrgestängemagazins 7 um einen Teilschritt gelangt ein Bohrgestängeteil 18 mit seinem unteren Ende an die Unterbrechung lÇa der FUhrungsleiste 19 ii Bohrlochkopf 12 und gleitet im Bohrlochkopf 12 nach unten in eine Stellung, die gestrichelt dargestellt und mit 18a bezeichnet ist. Durch Schwenken des Bohrantriebs 11 um die Führungsstange 10 in die Stellung B gelangt der Bohrantrieb 11 mit seinem Aufnehmerdorn 20 über das obere Ende des in der Stellung 18a befindlichen Bohrgestängeteils. Diese Stellung B des Bohrantriebs 11 ist in der Fig. 2 gestrichelt dargestellt.The operation of this device is as follows: After lowering of the underwater drilling rig 1 on the seabed at the predetermined location, the is to be examined more closely through a drill hole, the device is adjusted by means of adjustment of the legs 5 aligned horizontally and after loosening the Ualtekabel from the retaining ring 15 left to the control by the command device 17. After bringing down a hole to a depth corresponding to the length of a drill rod part 18, wherein the drill drive 11 is slid down on the guide rod 10 Drill drive 11 returned to its starting position A again. By turning of the drill rod magazine 7 by a partial step, a drill rod part 18 arrives with its lower end to the interruption lÇa of the guide bar 19 ii borehole head 12 and slides down the wellhead 12 into a position shown in phantom and is denoted by 18a. By pivoting the drill drive 11 around the guide rod The drill drive 11 with its pick-up mandrel 20 passes into position B the upper end of the drill rod part located in position 18a. This position B of the drill drive 11 is shown in dashed lines in FIG.

Durch Absenken des Bohrantriebs 11 greift der Aufnehmerdorn 20 mit seinem konischen Ende in die obere Öffnung des Bohrgestängeteils 18 hinein. Durch Zurückschwenken des Bohrantriebs 11 in seine Ausgangsstellung A entsprechend den Pfeilen in Fig. 3 wird das Bohrgestängeteil aufgerichtet und kann in dieser Stellung mit der bereits im B-ohrloch befindlichen Bohrgestängeteil verriegelt werden. Danach wird der Bohrvorgang unter gleichzeitigem Absenken des Bohrantriebs 11 an der Führungsstange 10 fortgesetzttbis das Nachsetzen eines weiteren Bohrgestängeteils erforderlich wird.By lowering the drill drive 11, the pick-up mandrel 20 engages with it its conical end into the upper opening of the drill rod part 18. By Pivoting the drill drive 11 back into its starting position A according to the Arrows in Fig. 3, the drill rod part is erected and can in this position be locked with the drill rod part already in the B-ear hole. Thereafter the drilling process is carried out with simultaneous lowering of the drill drive 11 on the guide rod 10 continued until the repositioning of a further drill rod part is necessary will.

Beim Aufholen des Bohrgestänges nach Beendigung der Probebohrung wird das Rohrgestänge jeweils um die Länge eines Bohrgestängeteils 18 durch eine Aufwärtsbewegung des Bohrantriebs 11 an der Führungsstange 10 bis in die in Fig. 2 gezeigte Stellung A angehoben. Nach Einschalten der Auffangvorrichtung 13 wird jeweils das oberste Bohrgestängeteil von den noch im Bohrloch befindlichen Gestänge entriegelt und durch eine weitere Aufwärtsbewegung des Bohrantriebs 11 angehoben. Durch eine Schwenkung der Bohnantriebs 11 um die Führungsstange 10 in die Stellung C tErd sodann das Bohrgestängeteil 18 mit seinem oberen Ende an den Ausbruch 21a der Halteleiste 21 geführt, wobei es mit seines unteren Ende an der Führung 22 entlanggleitet, bis es in die Führungsleiste 19 gelangt und nunmehr abgesetzt werden kann. Nach Rückführung des Bohrantriebs 11 in die Ausgangsstellung A wird dieser an der Führungsstange 10 abgesenkt und mit dem obersten noch im Bohrloch befindlichen Gestängeteil verriegelt, worauf sich der vorstehend geschilderte Vorgang wiederholt.When catching up the drill string after completion of the test drilling is the pipe string in each case by the length of a drill pipe part 18 by an upward movement of the drill drive 11 on the guide rod 10 up to the position shown in FIG A raised. After switching on the collecting device 13 is the topmost Drill rod part unlocked from the rod still in the borehole and through another upward movement of the drill drive 11 is raised. By pivoting the Bean drive 11 around the guide rod 10 in the position C tErd then the drill rod part 18 with its upper end to the breakout 21a of the retaining strip 21 guided, with its lower end sliding along the guide 22 until it gets into the guide bar 19 and can now be deposited. After repatriation of the drill drive 11 in the starting position A, this is on the guide rod 10 lowered and locked with the uppermost rod part still in the borehole, whereupon the process described above is repeated.

Nach dem Absetzen sämtlicher Bohrgestängeteile 18 im Bohrgestängemagazin 7 werden alle Bohrgestängeteile verriegelt und anschließend der Bohrlochkopf 12 vom Unterwasserbohrgerät 1 getrennt. Die Verriegelung der Bohrgestängeteile 18 verhindort beim Auftreiben des Unterwasserbohrgeräts 1 den Verlust des Bohrgestänges. Es ist aber auch möglich, die Führungsleiste 19 nicht im Behrloochkopf 12, sondern am Unterwasserbohrgerät 1 selbst anzuordnen. Dadurch erübrigt sich eine Verriegelung der Bohrgestängeteile 18 vor den Trennen des Bohrlochkopfes 12 vom Unterwasserbohrgerät 1.After all drill rod parts 18 have been deposited in the drill rod magazine 7, all drill rod parts are locked and then the wellhead 12 separated from the underwater drilling rig 1. The locking of the drill rod parts 18 prevents the loss of the drill rod when the underwater drilling rig 1 is being driven up. It is but also possible, the guide bar 19 not in the Behrloochkopf 12, but on the underwater drilling device 1 to be arranged by yourself. This eliminates the need to lock the drill rod parts 18 before separating the wellhead 12 from the underwater drilling device 1.

Die Untersuchung von Bohrproben durch das (nicht dargestellte) Auswertegerät an Ort und Stelle kann in an sich bekannter Weiso erfolgen. Das gleiche gilt für die vorgesehene Datenübertragung der Untersuchungsergebnisse.The examination of drill samples by the evaluation device (not shown) on the spot can be done in a manner known per se. The same applies the intended data transfer of the test results.

Nach dem Abtrennen des Bohrlochkopfes 12 vom Unterwaserbohrgerät 1 kann entweder automatisch, gesteuert vom Kommandogerät, oder durch Signalgebung das Lanzen der Schwimmkörper 14 erfolgen, wodurch ein Auftreiben des Unterwasserbohrgerät an die Wasseroberfläche zur Aufnahme durch ein Schiff erfolgt.After the wellhead 12 has been separated from the underwater drilling device 1 can either be automatic, controlled by the command device, or by signaling the lances of the floating bodies 14 take place, whereby a buoyancy of the underwater drilling device to the surface of the water to be taken up by a ship.

Ein besonderer Vorteil dieses automatischen Unterwasserbohrgeräts ist darin zu sehen, daß das Schiffs das das Unterwasserbohrgerät auf seine Position gebracht hat, während des eigentlichen Bohrvorgangs unabhängig manövrieren kann, beispielsweise weitere Unterwasserbohrgeräte aussetzen kann. die Wartung und Neuausrüstug und insbesondere die Versorgung mit neuer Energie erfolgt an Bord des Schiffes.A particular advantage of this automatic underwater drilling rig can be seen in the fact that the ship is moving the underwater drilling rig to its position has brought, can maneuver independently during the actual drilling process, for example, can expose further underwater drilling rigs. maintenance and refitting and in particular the supply of new energy takes place on board the ship.

Claims

Expectations

1. Underwater drilling rig with a drill rod magazine, thereby g e k e n n z e i h n e t * that the drilling device (1) with an energy source (16) and a fully automatic command device (17) and with floats (14) is provided.

2. Unterwasaerbohrgerät according to claim 1, characterized g e -k e n nz e i c h n o t that the drilling device (1) is equipped with a detachable borehole head (12) is.

3. Underwater drilling device according to claim 2, characterized in that g e -k e n n z 5 i c h n e t t that the wellhead (12) has a signal transmitter.

4. Underwater drill according to at least one of the address 1 to 3, in that the drill rod magazine (7) has a conical shape Container is formed and coupled to a stepper motor (9).

5. Underwater drilling rig according to at least one of the An-Language 1 to 4, in that the command device (17) is equipped with an evaluation device is equipped.

6. Underwater drilling device according to claim 5, characterized in e g e -k e n n z E i c h n e t that the evaluation device has a data transmission system.