VON BOHRKERNEN EINES GEWÄSSERBODENS

Die Erfindung betrifft eine Unterwasser-Bohrvorrichtung zum Beschaffen von Bohrker nen eines Gewässerbodens, mit einem Grundrahmen, welcher zum Absenken in ei nem Gewässer und zum Aufstellen auf dem Gewässerboden ausgebildet ist, einem Bohrantrieb zum drehenden Antreiben eines Bohrstranges um eine Bohrachse, wobei der Bohrstrang zumindest aus rohrförmigen Bohrstrangelementen aufgebaut ist und zusätzlich in den Bohrstrangelementenzumindest ein Kernrohr zum Aufnehmen eines Bohrkerns vorgesehen ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Beschaffen von Bohrkernen eines Gewässerbodens, bei welchem eine Unterwasser-Bohrvorrichtung mit einem Grund rahmen in einem Gewässer abgesenkt und auf einen Gewässerboden abgesetzt wird und mit einem Bohrantrieb ein Bohrstrang bestehend aus mindestens einem rohrför migen Bohrstrangelement in den Gewässerboden in einem ersten Bohrschritt abge bohrt wird, wobei in dem rohrförmigen Bohrstrangelement ein Bohrkern gebildet und in einem Kernrohr in dem Bohrstrangelement aufgenommen wird, gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 8.

Eine derartige Unterwasser-Bohrvorrichtung und ein derartiges Verfahren gehen aus der WO 2015/172818 A1 hervor. Diese bekannte Unterwasser-Bohrvorrichtung ist ausgebildet, beschaffte Bohrkerne unmittelbar noch unter Wasser einer ersten Ana lyse mittels mindestens einer Sensoreinrichtung zu unterziehen, welche an dem Grundrahmen der Bohrvorrichtung angebracht ist. Somit können erste Erkenntnisse anhand der Bohrkerne gewonnen werden, während sich die Unterwasser-Bohrvorrich tung noch am Gewässergrund befindet. Dieser kann bis zu einigen tausend Metern unter der Wasseroberfläche liegen. Im Vergleich zu einer reinen Analyse außerhalb des Gewässers nach dem Rückholen der Unterwasser-Bohrvorrichtung können so Ar beitszeit und Hub- und Absenkvorgänge eingespart werden. Die gewonnenen Bohr kerne werden an der Bohrvorrichtung gelagert und können mit dieser gehoben werden.

Weitere herkömmliche Unterwasser-Bohrvorrichtungen sind etwa aus der WO 2012/000077 A1 oder der US 7,380,614 B1 bekannt.

Für bestimmte eingehende Analysen der Bohrkerne ist es in vielen Fällen weiterhin erforderlich, die Bohrkerne zu einer entsprechenden Analyseeinrichtung außerhalb des Gewässers zu bringen und die Bohrkerne den gewünschten eingehenden Unter suchungen zu unterziehen. Die Untersuchungen dienen dazu, möglichst genaue Kenntnisse über den Aufbau des Gewässergrundes zu erhalten, was etwa für die Ex ploration von Bodenschätzen von Interesse ist.

Es wurde festgestellt, dass beim Rückholen von Bohrkernen, welche an einem Grund rahmen der Unterwasser-Bohrvorrichtung gelagert sind, während des Rückholvor gangs vom Gewässergrund Änderungen an den Bohrkernen auftreten können, die die Aussagekraft von späteren Untersuchungen und Analysen beeinträchtigen können.

Grundsätzlich sind verschließbare Kernrohre etwa aus der DE 10 2008 049 795 A1 bekannt. Allerdings befinden sich diese samt der Verschlussmimik innerhalb des Bohrstrangs und werden innerhalb des Bohrstrangs verschlossen.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine Unterwasser-Bohrvorrichtung und ein Verfahren zum Beschaffen von Bohrkernen eines Gewässerbodens anzuge ben, mit welchen besonders zuverlässige Aussagen zu dem Gewässerboden getroffen werden können.

Die Aufgabe wird zum einen durch eine Unterwasser-Bohrvorrichtung mit den Merk malen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben. Die erfindungsgemäße Unterwasser-Bohrvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkern nach Entnahme aus dem Bohrstrang an dem Grundrahmen unter Wasser in einen Aufnahmebehälter druckdicht einschließbar ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass insbesondere bei der Entnahme von Bohrkernen an einem Gewässerboden, welcher einige hundert oder sogar einige tau send Meter unterhalb der Wasseroberfläche liegt, schon allein aufgrund der sich än dernden Druckverhältnisse Änderungen am Zustand, der Zusammensetzung oder am Aufbau des gewonnenen Bohrkernes auftreten können. Diese Änderungen können dabei zuverlässige Aussagen zum tatsächlichen Zustand und Aufbau des Gewässer grundes erheblich beeinträchtigen. Dies gilt nach einer Erkenntnis der Erfindung be sonders dann, wenn die Bohrkerne Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase aufweisen, welche relativ leicht dazu neigen, bei einer Änderung von Temperatur oder Druck ihre Zustandsform zu ändern. Dies gilt insbesondere für sogenannte Gashydrate, insbe sondere für Methanhydrat, auch als Methaneis bekannt, welches in großen Mengen im Meeresboden vorkommt und als eine mögliche zukünftige Energiequelle von be sonderem Interesse ist. Derartiges Methanhydrat bildet sich aus Wasser und Methan gas bei einem Druck von etwa 2 MPa und Temperaturen von 2 bis 4°C. Dies entspricht etwa den Bedingungen, welche ab ca. 500 Meter Wassertiefe herrschen. Oberhalb dieser Wassertiefe kann also aus Bohrkernen Methanhydrat als Gas austreten und sich verflüchtigen.

Nach der Erfindung wird ein Sichern des Bohrkerns durch die Aufnahme des Bohr kerns in einem Aufnahmebehälter und durch druckdichtes Verschließen dieses Auf nahmebehälters noch unter Wasser erreicht.

Bohrkerne, die also noch am Gewässergrund druckdicht eingeschlossen werden, er lauben so bei einer späteren Analyse eine besonders zuverlässige Aussage zum Auf bau, Zustand und zur Zusammensetzung des Gewässergrundes. Ein druckdichtes Einschließen des Bohrkerns außerhalb des Bohrstrangs schafft Platz im Bohrstrang und ermöglicht so das Gewinnen großer Bohrkerne, was deren Aussagekraft zur Bo denbeschaffenheit verbessert.

Grundsätzlich kann der Aufnahmebehälter zum Aufnehmen des Bohrkerns beliebig ausgebildet sein. Der Aufnahmebehälter kann grundsätzlich auch mehrere Bohrkerne aufnehmen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der Aufnahmebehälter durch das Kernrohr oder ein Bohrstrangelement gebildet ist, dessen Rohrenden mittels einer Schließeinrichtung verschließbar sind. Die Schlie ßeinrichtung kann dabei insbesondere eine Manipulatoreinrichtung sein, mit welcher Verschlussdeckel auf die Rohrenden, welche auch Rohr- oder Aufnahmeöffnungen genannt werden können, aufgebracht werden. Die unmittelbare Verwendung des Kernrohres als Teil des Aufnahmebehälters führt zu einer insgesamt kompakten Aus gestaltung der Unterwasser-Bohrvorrichtung.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform werden als Aufnahmebehälter Bohrstran gelemente verwendet, wobei beide Enden zur Verschraubung mit weiteren Bohrstran gelementen mit Gewinden versehen sind. Diese vorhandenen Gewinde können zum Aufschrauben der Verschlussdeckel verwendet werden .

Alternativ ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung bevorzugt, dass beabstandet von der Bohrachse eine Lagereinrichtung für mindestens einen verschließbaren Auf nahmebehälter für den Bohrkern vorgesehen ist, wobei der Aufnahmebehälter kartu schenartig mit einer Aufnahmeöffnung zum Einführen des Bohrkerns ausgebildet ist, dass eine Handhabungseinrichtung angeordnet ist, welche zum Einführen des Bohr kerns in den Aufnahmebehälter ausgebildet ist, und dass eine Schließeinrichtung vor gesehen ist, welche zum Verschließen der Aufnahmeöffnung des Aufnahmebehälters nach Aufnahme des Bohrkerns ausgebildet ist. Der Bohrkern kann dabei alleine oder vorzugsweise zusammen mit dem Kernrohr, in welchem der Bohrkern gehalten ist, in den Aufnahmebehälter eingeführt werden. Mittels der Schließeinrichtung, welche ins besondere einen Manipulator umfasst, kann die einzelne Aufnahmeöffnung an dem kartuschen- oder napfartigen Aufnahmebehälter durch Aufbringen eines Verschluss deckels druckdicht verschlossen werden. Für diese erfindungsgemäße Ausgestaltung können herkömmliche und damit entsprechend dünnwandige Kernrohre in einem Bohrstrang verwendet werden.

Grundsätzlich kann ein Verschließen des Aufnahmebehälters durch beliebige Ver schlussdeckel erfolgen. Diese können insbesondere durch Aufpressen, Aufstecken, Verriegeln, Verkleben oder in einer sonstigen Weise kraftschlüssig, formschlüssig oder materialschlüssig an dem Aufnahmebehälter befestigt werden. Nach einer Aus- führungsvariante der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, dass die Schließeinrich tung mindestens einen Drehantrieb aufweist, welcher zum Drehen eines Verschluss deckels mit Schraubgewinde relativ zum Aufnahmebehälter ausgebildet ist, wobei an den Rohröffnungen oder der Aufnahmeöffnung ein passendes Gewinde angeordnet ist. Der Drehantrieb kann dabei auch durch den Bohrantrieb der Bohrvorrichtung selbst gebildet sein. In diesem Fall würde die Schließeinrichtung einen Manipulator zum Hal ten des Verschlussdeckels zumindest zum Verschließen einer unteren Rohröffnung an einem Aufnahmebehälter umfassen, während der Bohrantrieb den Aufnahmebe hälter zum Bilden der Schraubenverbindung drehend antreibt. Zum Aufschrauben ei nes Verschlussdeckels auf eine obere Aufnahmeöffnung kann ein entsprechender Verschlussdeckel am Bohrantrieb gehalten werden, wobei dann der Aufnahmebehäl ter selbst mittels einer Klemmeinheit als Teil der Schließeinrichtung festgehalten ist.

Alternativ kann auch ein eigenständiger Drehantrieb an einem Manipulatorarm vorge sehen sein, welcher einen Verschlussdeckel greift, in die Verbindungsposition verfährt und dort durch Aufbringen einer Drehbewegung den Verschlussdeckel auf ein entspre chendes Gewinde an dem Aufnahmebehälter schraubt.

Die Lagereinrichtung kann ein einfaches Gestell zum Halten der Aufnahmebehälter oder eine motorisch betriebene Lagereinrichtung sein, etwa ein drehbares Revolver magazin oder eine umlaufende Lagerkette mit Halteelementen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Kern rohr mittels einer Handhabungseinrichtung aus dem Bohrstrang herausziehbar ist und die Handhabungseinrichtung und die Schließeinrichtung relativ zueinander verfahrbar sind. Die Handhabungseinrichtung kann dabei so ausgebildet sein, dass diese das Kernrohr mit dem Bohrkern lediglich axial nach oben aus dem Bohrstrang herauszieht und das Kernrohr in der Bohrachse hält.Anschließend kann durch die Handhabungs einrichtung für Bohrstrangelemente der Aufnahmebehälter in die Bohrachse verfahren werden. Durch axiales Verfahren des Kernrohres kann dieses dann in den Aufnahme behälter eingeführt werden. Das axiale Verfahren kann je nach Lage der Aufnahme öffnung des Aufnahmebehälters ein Absenken oder ein Anheben des Kernrohres sein. Anschließend kann mittels der Schließeinrichtung der Aufnahmebehälter mit dem auf genommenen Bohrkern verschlossen werden. Alternativ kann die Handhabungseinrichtung ein mehrachsiges Verfahren des Kern rohres mit dem Bohrkern ermöglichen. So kann das Kernrohr nicht nur axial aus dem Bohrstrang herausgezogen werden, sondern anschließend quer zur Bohrrichtung zu einem Aufnahmebehälter verfahren werden, um dort mit dem Bohrkern in den Aufnah mebehälter eingeführt zu werden.

Die Handhabungseinrichtung kann gemäß der Erfindung auch aus mehreren verfahr baren Komponenten mit mehreren Greifern bestehen, wobei neben einem linearen Verfahren auch ein Verschwenken möglich ist. Insbesondere kann ein Mehrachsrobo- terarm für die Handhabungseinrichtung eingesetzt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohrvorrich tung besteht darin, dass die Handhabungseinrichtung eine Seilwinde mit Hubseil ist oder mindestens einen Hubzylinder aufweist. Die Seilwinde mit Hubseil kann insbe sondere auch zum Ziehen der Kernrohre aus dem Bohrstrang eingesetzt werden. Vor zugsweise kann die Seilwindeneinrichtung an der Oberseite des Grundgestells eine Verlängerung aufweisen, welche es ermöglicht, ein Kernrohr nach oben aus dem Bohrstrang und dem kastenförmigen Grundrahmen herauszuziehen und so das Kern rohr gegebenenfalls auch oberhalb des Grundrahmens zu verfahren. Alternativ oder ergänzend kann hierfür auch ein Hubzylinder vorgesehen sein, welcher vorzugsweise hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betrieben ist. Üblicherweise befindet sich nur ein Kernrohr im Bohrstrang. Ist das Kernrohr mit einem Bohrkern gefüllt, wird das Kern rohr aus dem Bohrstrang gezogen. Anschließend kann für einen weiteren Bohrschritt ein leeres Kernrohr in den Bohrstrang eingesetzt werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, dass der Grund rahmen über eine maritime Nabelschnur mit einem Versorgungsschiff verbunden ist. Die maritime Nabelschnur kann dabei sowohl zur Versorgung mit Energie, insbeson dere elektrischer Energie oder Hydraulikflüssigkeit, sowie als eine Datenleitung zur Datenkommunikation vorgesehen sein. Weiterhin kann die maritime Nabelschnur auch als ein Seil ausgebildet sein, mit welchem neben der Versorgungsfunktion die Unter wasser-Bohrvorrichtung abgesenkt und wieder gehoben werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkern aus dem Bohrstrang entnommen und unter Wasser in einem Aufnahmebehälter druckdicht eingeschlossen wird. Das Verfahren kann insbesondere mit der zuvor beschriebenen Unterwasser-Bohrvorrichtung ausgeführt werden. Dabei können die zuvor beschriebe nen Vorteile erzielt werden.

Zum Verschließen des Aufnahmebehälters ist mindestens ein Verschlussdeckel vor gesehen. Dieser kann mit einer beliebigen Verbindungseinrichtung zum Herstellen ei ner druckfesten Verbindung versehen sein. Nach einer bevorzugten Ausführungsvari ante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass zum Verschließen des Aufnahmebehälters mindestens ein Verschlussdeckel mit einem Schraubgewinde aufgeschraubt wird. Dabei kann der Aufnahmebehälter kartuschenartig als ein Rohr körper mit einem geschlossenen Boden ausgebildet sein. An der Aufnahmeöffnung des Aufnahmebehälters ist ein entsprechendes Gewinde zum Bilden einer Schraub verbindung angeordnet. Der Aufnahmebehälter kann auch durch das beidseitig offene rohrförmige Bohrstrangelement gebildet werden, wobei an den beiden gegenüberlie genden Bohrrohrenden jeweils ein entsprechendes Gewinde ausgebildet ist, auf wel ches dann ein entsprechender Verschlussdeckel aufgeschraubt wird. Der Aufnahme behälter und/oder der Verschlussdeckel können mit einem Überdruckventil versehen sein, um während des Transports des Bohrkerns an die Wasseroberfläche entstehen den Überdruck innerhalb des Aufnahmebehälters, der einen bestimmten Wert über steigt, abzulassen, um eine Beschädigung des Aufnahmebehälters zu vermeiden.

Nach einer weiteren Verfahrensvariante der Erfindung ist es bevorzugt, dass das Kern rohr mittels einer Handhabungseinrichtung aus dem Bohrstrang herausgezogen wird, dass das Kernrohr und der Aufnahmebehälter relativ zueinander verfahren und axial ausgerichtet werden und dass nach axialer Ausrichtung von Kernrohr und Aufnahme behälter das Kernrohr mit dem Bohrkern durch relatives axiales Verfahren von Kern rohr und Aufnahmebehälter in den Aufnahmebehälter eingefahren wird. Bei dieser Ver fahrensvariante ist der Aufnahmebehälter vorzugsweise kartuschenartig ausgebildet, so dass der Bohrkern zusammen mit dem Kernrohr in einfacher Weise eingebracht werden kann.

Ein insgesamt kompakter Aufbau kann nach einer weiteren Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erzielt werden, dass unterhalb des Grundrah mens in dem Gewässerboden eine Aufnahmebohrung für den Aufnahmebehälter er stellt wird und dass das Kernrohr in den Aufnahmebehälter in der Aufnahmebohrung eingeführt wird. Der kartuschenartige Aufnahmebehälter kann dabei insbesondere nach dem Entfernen des Bohrstrangs in das bereits vorhandene Bohrloch eingebracht werden. Alternativ kann eine separate Aufnahmebohrung in den Gewässerboden ein gebracht werden. Dieses kann durch den am Bohrstrang vorhandenen Bohrkopf oder durch den Aufnahmebehälter selbst erstellt werden. Für diesen Fall kann der Aufnah mebehälter an seinem unteren Ende mit einer Bohr- oder Schneideinrichtung versehen sein, welche das Bilden der Aufnahmebohrung durch Bodenabtrag und/oder Verdrän gung unterstützt.

Nach dem Einführen des Kernrohres in den Aufnahmebehälter kann dieser vor oder nach einem Verschließen des Behälters wieder aus der Aufnahmebohrung herausge zogen und am Grundrahmen der Unterwasser-Bohrvorrichtung gelagert werden.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens be steht darin, dass der Aufnahmebehälter in die Bohrachse verfahren wird. Bei diesem Verfahren wird insbesondere das Kernrohr mit dem Bohrkern durch eine Handha- bungs- oder Flubeinrichtung in eine obere Zuführposition verfahren. Dies kann insbe sondere mittels einer Seileinrichtung durchgeführt werden, welche auch zum Heben und Senken der Kernrohre vorgesehen ist. Nach einer Positionierung des Aufnahme behälters in der Bohrachse etwa unterhalb der Zuführposition des Kernrohres kann dieses dann abgesenkt und so in den Aufnahmebehälter eingeführt werden.

In dieser Position des Aufnahmebehälters in der Bohrachse kann auch ein Verschluss deckel, vorzugsweise mittels des Bohrantriebes, auf die Aufnahmeöffnung des Auf nahmebehälters aufgeschraubt und so der Bohrkern in dem Aufnahmebehälter druck dicht verschlossen werden.

Alternativ besteht eine Verfahrensvariante darin, dass das Kernrohr zu dem Aufnah mebehälter an der Lagerstelle verfahren und dort in den Aufnahmebehälter eingeführt wird. Hierzu wird das Kernrohr mit dem Bohrkern mittels einer Handhabungseinrich tung aus der Bohrachse heraus so verfahren, bis dieses oberhalb oder unterhalb des Aufnahmebehälters und axial ausgerichtet hierzu angeordnet ist. Anschließend kann durch axiales Verfahren des Kernrohres dieses in den Aufnahmebehälter eingebracht werden. Anschließend kann der Aufnahmebehälter unmittelbar an der Lagerstelle durch Aufbringen eines Verschlussdeckels verschlossen werden. Die Erfindung umfasst grundsätzlich auch einen Aufnahmebehälter zum Aufnehmen eines Bohrkerns für eine Unterwasser-Bohrvorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde, oder für ein Verfahren zum Beschaffen von Bohrkernen, wie dies ebenfalls zu vor beschrieben wurde. Der Aufnahmebehälter ist dadurch gekennzeichnet, dass die ser einen rohrförmigen Grundkörper mit mindestens einer Aufnahmeöffnung aufweist und dass die mindestens eine Aufnahmeöffnung nach Aufnahme eines Bohrkerns mit tels eines Verschlussdeckels druckdicht verschließbar ist. Außerdem kann der Auf nahmebehälter ein Sicherheitsventil gegen Überdruck aufweisen.

Der mindestens eine Verschlussdeckel kann in jeder geeigneten Weise mit der Auf nahmeöffnung verbunden werden. Vorzugsweise kann am Verschlussdeckel auch ein Überdruckventil vorgesehen sein, so dass beim Heben des verschlossenen Aufnah mebehälters ein durch einen Wechsel des Aggregatzustands von Elementen im Bohr kern eventuell entstehender Überdruck über einen vorgegebenen Grenzdruck hinaus vermieden wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Aufnahmebehälters besteht darin, dass an dem Grundkörper eine Temperiereinrichtung vorgesehen ist, mit wel cher ein Innenraum des Behälters beheizbar und/oder kühlbar ist. Hierdurch kann die Temperatur und damit der Druck innerhalb des Aufnahmebehälters unmittelbar beein flusst werden. Insbesondere kann durch ein Kühlen des Aufnahmebehälters einer Sub limation etwa von Methanhydrat oder eines anderen Stoffes aus dem Bohrkern und damit einem Druckanstieg in dem Aufnahmebehälter entgegengewirkt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen wei ter beschrieben, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Unterwasser-

Bohrvorrichtung in einem ersten Verfahrensschritt;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Unterwasser-Bohrvorrichtung nach Fig. 1 in ei nem zweiten Verfahrensschritt;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Unterwasser-Bohrvorrichtung von Figuren 1 und

2 in einem dritten Verfahrensschritt; Fig. 4 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsge- mäßen Unterwasser-Bohrvorrichtung in einem ersten Verfahrensschritt;

Fig. 5 eine Seitenansicht der Unterwasser-Bohrvorrichtung von Fig. 4 in einem zweiten Verfahrensschritt;

Fig. 6 eine Seitenansicht der Unterwasser-Bohrvorrichtung von Figuren 4 und

5 in einem dritten Verfahrensschritt;

Fig. 7 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemä ßen Unterwasser-Bohrvorrichtung in einem ersten Verfahrensschritt;

Fig. 8 eine Seitenansicht der Unterwasser-Bohrvorrichtung von Fig. 7 in einem zweiten Verfahrensschritt;

Fig. 9 eine Seitenansicht der Unterwasser-Bohrvorrichtung von Figuren 7 und

8 in einem dritten Verfahrensschritt;

Fig. 10 eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemä ßen Unterwasser-Bohrvorrichtung in einem ersten Verfahrensschritt;

Fig. 1 1 eine Seitenansicht der Unterwasser-Bohrvorrichtung von Fig. 10 in ei nem zweiten Verfahrensschritt; und

Fig. 12 eine Seitenansicht der Unterwasser-Bohrvorrichtung von Figuren 10 und

1 1 in einem dritten Verfahrensschritt.

Bei einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohrvorrich tung 10 gemäß den Figuren 1 bis 3 ist schematisiert ein kastenartiger Grundrahmen 12 dargestellt, welcher in seinem oberen Bereich einen Bohrantrieb 20 zum Abbohren eines Bohrstrangs 30 aufweist, welcher aus einzelnen rohrförmigen Bohrstrangele menten 32 aufgebaut ist. Innerhalb des untersten Bohrstrangelementes 32 befindet sich ein Kernrohr 34, welches beim Bohren einen Bohrkern aufnimmt. Der Bohrkern wird beim Ziehen des Kernrohrs im Kernrohr 34 durch Reibung oder durch spezielle Kernfangeinrichtungen gehalten. Das Abbohren des Bohrstrangs 30 erfolgt in einzel nen Bohrschritten, wobei in einer grundsätzlich bekannten Weise aus einem Lagerbe reich 14, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Revolverkarussel aus- gebildet ist, ein Bohrstrangelement 32 mittels eines Greifarms 62 einer Handhabungs einrichtung 60 gegriffen und zum Bohrantrieb 20 verbracht wird. Am untersten Bohrstrangelement ist ein Bohrkopf vorgesehen. Der Bohrantrieb 20 ist zum Nieder bringen des Bohrstrangs 30 um einen weiteren Bohrschritt vertikal verfahrbar am Grundrahmen 12 gelagert und angetrieben.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist der Bohrantrieb 20 aus einer Bohrachse 31 des Bohrstrangs 30 herausgeschwenkt. Das obere Bohrstrangelement 32 des Bohrstrangs 30 ist durch eine Halteeinrichtung 16, welche vorzugsweise Spannzylinder aufweist, am Grundrahmen 12 gehalten. Mittels eines Hubseils mit einer Fangeinrichtung 66 wird ein Kernrohr 34 in dem Bohrstrangelement 30 erfasst, und aus dem Bohrstrang 30 gezogen. Ein nach-oben-Ziehen des Kernrohres 34 kann alternativ oder unterstüt zend auch durch den vertikal verfahrbaren und schwenkbaren Greifarm 62 oder durch einen Hubzylinder 68 erfolgen, welcher in Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist.

Nach einem Herausziehen des Kernrohres 34 aus dem Bohrstrang30 in eine obere Position, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, ist das Kernrohr 34 von dem Bohrstrang 30 und dem oberen Bohrstrangelement 32 getrennt.

Zum Verschließen einer unteren Rohrendes 35 des Kernrohres 34 wird mittels eines unteren Manipulatorarms 52 der Schließeinrichtung 50 aus einem Magazin 56 ein kap penartiger oder napfförmiger Verschlussdeckel 46 ergriffen und in die Bohrachse 31 unterhalb des Kernrohres 34 verschwenkt, wie anschaulich in Fig. 2 dargestellt ist.

Der Verschlussdeckel 46 weist an seinem oberen Ende ein innenliegendes Schraub gewinde auf, welches zu einem Außengewinde an dem unteren Rohrende 35 des Kernrohres 34 korrespondiert. Durch Betätigen des Bohrantriebes 20 und der Hubein richtung 68 kann das Kernrohr 34 in das Schraubgewinde des Verschlussdeckels 46 eingeschraubt werden. Dies erfolgt derart, dass das untere Rohrende 35 druckdicht verschlossen wird. An der Schraubverbindung kann vorzugsweise eine entsprechende Dichteinrichtung, insbesondere ein Dichtring, vorgesehen sein.

In Fig. 3 ist das Kernrohr 34 mit dem unten aufgeschraubten Verschlussdeckel 46 dar gestellt. In entsprechender oder ähnlicher Weise kann das obere Rohrende 35 des Kernrohres 34 mit einem weiteren Verschlussdeckel verschlossen werden. Nachdem die beiden Rohrenden 35 des Kernrohres 34 mit dem darin angeordneten Bohrkern druckdicht verschlossen sind, bildet diese Anordnung mit dem Kernrohr 34 einen druckdichten Aufnahmebehälter 40. Dieser Aufnahmebehälter 40 kann dann über die Handhabungseinrichtung 60, insbesondere mittels des Greifarms 62, in eine Lagerein richtung 70 am Grundrahmen 12 verbracht werden.

Beim Vorhandensein weiterer Bohrstrangelemente 32 und weiterer Kernrohre 34 kön nen diese Verfahrensschritte zum druckdichten Einschließen des Bohrkerns in einem Auffangbehälter 40 solange wiederholt werden, bis alle Kernrohre 34 mit Bohrkernen gewonnen sind. Beim Rückbau des Bohrstranges 30 können in bekannter Weise die außenliegenden Bohrstrangelemente 32 ebenfalls wieder aus einem Bohrloch heraus gezogen und in den entsprechenden Ladebereich 14 am Grundrahmen 12 zurückge fördert werden.

In den Figuren 4 bis 6 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Un terwasser-Bohrvorrichtung 10 dargestellt. In diesen Figuren ist ein Grundrahmen 12 der Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 mit grundsätzlich vorhandenen ausklappbaren Füßen 13 gezeigt, mit welchen der Grundrahmen 12 auf einem Gewässerboden 5 ab gesetzt ist. In den Darstellungen gemäß den Figuren 4 bis 6 ist das Abbohren und Rückholen eines Bohrstranges 30 bereits durchgeführt, wobei die rückgeholten einzel nen Bohrstrangelemente 32 in einem Lagerbereich 14 am Grundrahmen 12 und die Kernrohre 34 mit den darin angeordneten Bohrkernen in einer nicht näher dargestell ten Lagereinrichtung 70 abgelegt sind.

Zum druckdichten Einschließen der Kernrohre 34 mit den darin befindlichen Bohrker nen wird zunächst mittels einer Handhabungseinrichtung 60 mit mindestens einem Greifarm 62 aus der Lagereinrichtung 70, welche auch der Lagerbereich 14 für die Bohrstrangelemente 32 sein kann, ein kartuschenartiger Aufnahmebehälter 40 ergrif fen und in eine Aufnahmebohrung 7 in den Gewässerboden 5 eingebracht, wie an schaulich in Fig. 4 dargestellt ist. Die Aufnahmebohrung 7 kann dabei insbesondere die Bohrung sein, aus welcher der Bohrstrang 30 herausgezogen wurde. Dabei kann die Aufnahmebohrung 40 auch gegenüber der ursprünglich erstellten Bohrung im Durchmesser vergrößert sein. Der oben offene Aufnahmebehälter 40 ist kartuschen artig mit einem zylindrischen, rohrförmigen Grundkörper 41 und mit einem unteren ge schlossenen Boden 44 ausgebildet. An einer Unterseite des Bodens 44 kann eine Schneideinrichtung vorgesehen sein, mit welcher der Aufnahmebehälter 40 leichter in den Gewässerboden 5 einbringbar ist. An seinem oberen Ende weist der zylindrische Grundkörper 41 eine Aufnahmeöffnung 42 zur Aufnahme eines Kernrohres 34 auf.

Mittels einer Handhabungseinrichtung 60, welches insbesondere ein Hubseil 67 um fassen kann, kann ein Kernrohr 34 aus der Lagereinrichtung 70 entnommen und nach Einbringen in die Bohrachse durch die Aufnahmeöffnung 42 in den napfartigen Auf nahmebehälter 40 eingeführt werden, wie in Fig. 5 dargestellt ist.

Anschließend kann gemäß Fig. 6 ein Verschlussdeckel 46 in den Bohrantrieb 20 ein gesetzt und dieser entlang der Bohrachse nach unten zu dem Aufnahmebehälter 40 verfahren werden. Der obere Verschlussdeckel 46 kann dabei aus einem nicht näher dargestellten Magazin am Grundrahmen 12 durch eine entsprechende Handhabungs einrichtung entnommen worden und dem Bohrantrieb 20 zugeführt worden sein. Nach dem der Aufnahmebehälter 40 durch ein entsprechendes Aufschrauben des oberen Verschlussdeckels 46 druckdicht verschlossen und damit das darin eingesetzte Kern rohr mit dem Bohrkern druckdicht abgeschlossen ist, kann der verschlossene Aufnah mebehälter 40 aus der Aufnahmebohrung 7 wieder gezogen und zurück in die Lager einrichtung 70 verbracht werden. Abschließend kann der Vorgang solange wiederholt werden, bis alle gewonnenen Kernrohre 34 mit Bohrkernen druckdicht in einem Auf nahmebehälter 40 eingeschlossen sind.

Eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 geht aus den Figuren 7 bis 9 hervor. Dabei entspricht der grundsätzliche Aufbau mit einem Grundrahmen 12, einem Bohrantrieb 20 und einer Lagereinrichtung 70 weit gehend dem Aufbau der zuvor beschriebenen Unterwasser-Bohrvorrichtungen 10. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist an der Oberseite des Grundrahmens 12 ein jochartiger Aufbau 15 in Richtung einer Bohrachse vorgesehen. Der aus einem Gewässerboden vorstehende Bohrstrang ist in den Figuren 7 bis 9 nicht erneut dargestellt.

Nach dem Abschluss des Abbohrens oder nach jedem der Länge eines Bohrstrangele ments entsprechenden Bohrfortschritt wird der Bohrantrieb 20 entlang des Grundrah mens 12 an einer entsprechenden Linearführung nach oben verfahren und dann seit lich zu einer Bohrachse beabstandet, wie aus Fig. 7 zu entnehmen ist. Sodann wird ein Hubseil 67, welches über eine Seilumlenkung am jochartigen Aufbau 15 geführt ist, nach unten zum oben offenen Ende des Bohrstranges abgesenkt. Über eine Ver bindungseinrichtung wird ein erstes Kernrohr 34 ergriffen und aus dem Bohrstrang nach oben bis in den Bereich des jochartigen Aufbaus 15 gezogen, was in Fig. 7 dar gestellt ist.

Anschließend kann über eine Handhabungseinrichtung 60 mit einem Greifarm 62 aus einer karussellartigen Lagereinrichtung 70 ein leerer Aufnahmebehälter 40 entnom men und in den Bereich der Bohrachse unterhalb des nach oben gezogenen Kernroh res 34 positioniert werden, wie aus Fig. 8 zu ersehen ist. Im vorliegenden Fall umfasst die Handhabungseinrichtung 60 mehrere Komponenten, zu welchen das Hubseil 67 und auch der Greiferarm 62 zu zählen sind.

Nach Erreichen der in Fig. 8 dargestellten Aufnahmeposition des Aufnahmebehälters 40 wird das obere Kernrohr 34 durch das Hubseil 67 über eine nicht dargestellte Seil winde entlang der Bohrachse abgesenkt und so durch die obere Aufnahmeöffnung 42 in den unten abgeschlossenen Aufnahmebehälter 40 eingeführt. Anschließend wird das Hubseil 67 von dem Kernrohr 34 gelöst und wieder nach oben zum oberen Ab schnitt des jochförmigen Aufbaus 15 rückgezogen, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Abschlie ßend kann dann der Bohrkopf 20 aus einem nicht dargestellten Magazin mit einem ebenfalls nicht dargestellten Zuführelement mit einem Verschlussdeckel 46 versehen und zurück in die Bohrachse verschwenkt werden. Sodann wird der Bohrantrieb 20 nach unten gefahren und durch Drehen des Verschlussdeckels 46 kann dieser auf die obere Aufnahmeöffnung 42 des Aufnahmebehälters 40 aufgeschraubt werden, so dass das eingesetzte Kernrohr 34 mit dem darin befindlichen Bohrkern in den Aufnah mebehälter 40 druckdicht eingeschlossen wird.

Es kann dann der verschlossene Aufnahmebehälter 40 über den Greiferarm 62 zurück in die Lagereinrichtung 70 verbracht werden, wonach ein weiteres Kernrohr 34 in den Bohrstrang 30 eingeführt werden kann. Davor oder danach kann ein weiteres Bohrstrangelement 32 auf den bestehenden Bohrstrang 30 aufgesetzt und mit diesem verschraubt werden. Nach einem erneuten Bohren kann ein weiterer Verfahrensschritt zum Verschließen eines weiteren Kernrohres 34 durchgeführt werden.

Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung geht aus den Figuren 10 bis 12 her vor. Bei der dargestellten erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohrvorrichtung 10 ist ebenfalls ein Grundrahmen 12 mit einem ähnlichen Aufbau wie bei den zuvor beschrie benen Ausführungsformen gegeben. Der Grundrahmen 12 ist über ausklappbare Füße 13 an einem Gewässerboden 5 aufgestellt.

Von dieser in Fig. 10 dargestellten Übergabeposition wird das Kernrohr 34 mittels einer Flandhabungseinrichtung 60, welche im Ausführungsbeispiel zwei Greifarme 62 auf weist, ergriffen und seitlich aus der Bohrachse in eine Verschlussposition wegge schwenkt, welche in Fig. 1 1 dargestellt ist.

Mittels einer Schließeinrichtung 50, welche einen verfahrbaren Manipulatorarm auf weist, wird aus einer Lagereinrichtung 70 ein Aufnahmebehälter 40 nach oben über den Grundrahmen 12 gefahren und seitlich über das Kernrohr 34 in die Verschlusspo sition bewegt.

Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen weist der Aufnahme behälter 40 eine umgedrehte Position auf, wobei der geschlossene Boden 44 des zy lindrischen Grundkörpers 41 oben liegt, während die Aufnahmeöffnung 42 nach unten zu dem Kernrohr 34 gerichtet ist. Anschließend kann mit einer Greif- und Verfahrein heit 58 der Schließeinrichtung 50 der Aufnahmebehälter 40 nach unten über das da runter befindliche Kernrohr 34 verfahren werden, wie anschaulich in Fig. 12 dargestellt ist. Nach dem nach-unten-Verfahren kann über einen Drehantrieb 52 an der Greif- und Verfahreinheit 58 der Aufnahmebehälter 40 auf einen unten angeordneten Verschluss deckel 46 aufgeschraubt werden, wobei das Kernrohr 34 gemäß der Erfindung druck dicht in dem Aufnahmebehälter 40 eingeschlossen wird. Abschließend kann der ver schlossene Aufnahmebehälter 40 über die Greifarme 62 zurück in die Lagereinrichtung 70 verbracht werden. Sodann kann nach dem nächsten Bohrschritt der Vorgang zum Ziehen eines weiteren Kernrohres 34 und Verschließen eines weiteren Aufnahmebe hälters 40 wiederholt werden.