DE102011100358A1

DE102011100358A1 - Vorrichtung für Bohrungen im Erdreich ohne Bohrturm

Info

Publication number: DE102011100358A1
Application number: DE102011100358A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-03
Filing date: 2011-05-03
Publication date: 2012-11-08

Abstract

Bei Bohrungen im Erdreich für die Tiefengeothermie oder zur Erkundung und Erschließung von Bodenschätzen mittels Bohrturm ist der Aufwand sehr groß, weil zum Wechseln des Bohrkopfes das gesamte Bohrgestänge gezogen werden muss. Dieser Aufwand wird deutlich reduziert, weil auf einen Bohrturm ganz verzichtet wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bohren im Erdreich wird die bohrturmlosen Bohrtechnik mit der waagerechten Anordnung der Elemente, die auch beim Bohren mit Bohrturm erforderlich sind, und einer Anordnung zur Lagerung und Bereitstellung von langen Bohrstangengruppen auf Traversen mit dem Einsatz mechanischer Bohrköpfe, Bohrköpfen nach dem Elektroimpulsverfahren, Hochdruckwasser-Bohrköpfen mit beweglicher Wasserdüse oder weiteren Bohrkopftechniken kombiniert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für bohrturmlose Tiefenbohrungen im Erdreich. Die Erde trägt in ihrem Inneren ein sicheres, sauberes und umweltfreundliches Energiepotential, das unabhängig von Windenergie, von solar erzeugter elektrischer und Wärmeenergie sowie von auf der Basis nachwachsender Rohstoffe erzeugter Energie ist. Im Innern der Erde befinden sich nahezu alle unsere Rohstoffe.
Bei der Tiefengeothermie und der Erkundung und Erschließung neuer Lagerstätten für Gas, Erdöl und weiteren Rohstoffen ist das technische Problem der mit der Bohrtiefe zunehmende Aufwand für das Wechseln des Bohrkopfes. Für die Erschließung der Erdwärme und auch für die Erkundung und Förderung von Rohstoffen sind effizientere Bohrverfahren erforderlich. Der Nachteil bekannter Verfahren sind das aufwendige Ziehen und die Demontage des gesamten Bohrgestänges, um verschlissene Bohrköpfe auswechseln oder Bohrkerne bergen zu können sowie die erneute Montage und das Wiedereinbringen des Bohrgestänges mit einem neuen Bohrkopf.
Das gesamte Bohrgestänge wird stückweise gehoben, die jeweils oberste Bohrstange abgeschraubt und senkrecht im Bohrturm gelagert, bis der verschlissene Bohrkopf mit der letzten Bohrstange am Bohrloch erscheint und nun erst ausgewechselt werden kann. Danach geschieht alles Weitere in umgekehrter Reihenfolge. Bohrstange für Bohrstange werden miteinander verschraubt und herabgelassen bis die Bohrsohle erreicht ist. Erst jetzt kann mit dem weiteren Bohren begonnen werden.
Es sind verschiedene technische Lösungen bekannt, mit denen das Ziel verfolgt wird, Bohrverfahren effektiver zu gestalten, beispielhaft sei das Patent US 4,223,737 genannt. Es wird auf einen Bohrturm ganz verzichtet, der Drehtisch und weitere notwendige Vorrichtungen, wie Spülkopf, sind waagerecht angeordnet. Der Übergang in die Senkrechte erfolgt über ein gekrümmtes Futterrohr.
Die Patentanmeldung DE 10 2010 049 415.1 beinhaltet eine gerätetechnische Anordnung für ein bohrturmloses Bohrverfahren und der waagerechten Lagerung und Bereitstellung des Bohrgestänges. In der Anmeldung DE 20 2006 018 980.7 wird eine Bohrvorrichtung beschrieben, die mittels Hochspannungs-Elektroimpulsen den Abbau von Hartgestein ermöglicht. Eine Bohrvorrichtung mittels Hochdruckwasser und beweglicher Wasserdüse wird im Patent DE 3610015 beschrieben. Andere Techniken sind Schmelzbohrverfahren. Ein Dampf-Jet-Schmelzbohrverfahren, das im Innern des Bohrkopfes einen Hochtemperaturdampf erzeugt und über einen Dampf-Plasmastrahl den Untergrund aufschmelzt und während des Bohrens durch die erstarrende Schmelze eine Bohrlochverschalung bildet, wird in der Patentschriften DE 19500024 beschrieben. Ein Metallschmelze-Bohrverfahren beschreibt die Patentschrift DE 19909836 . Eine Metall enthaltende Schmelze wird durch Temperatur- und Druckeinwirkung in das Umgebungsgestein verpresst. Die erstarrende Schmelze bildet die Bohrlochverschalung. Ein Dampf-Jet-Schmelzbohrverfahren, das im Innern des Bohrkopfes einen Hochtemperaturdampf erzeugt und über einen Dampf-Plasmastrahl den Untergrund aufschmelzt und während des Bohrens durch die erstarrende Schmelze eine Bohrlochverschalung bildet, wird in der Patentschriften DE 19500024 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen der Aufwand für Tiefenbohrungen im Erdreich durch weniger Koppel- und Entkoppelvorgänge bei den Bohrstangen und weniger Bohrkopfwechsel deutlich verringert wird.
Darstellung der Erfindung:
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die aus einer bohrturmlosen und waagerechten Anordnung der Elemente, die auch beim Bohren mit Bohrturm erforderlich sind, außer dem Bohrturm selbst, dem Flaschenzug und dem senkrechten Bohrstangenlager, und einer Anordnung zur Lagerung und Bereitstellung von langen Bohrstangengruppen auf Traversen, die in der Waagerechten hintereinander aufgestellt sind, wobei die Anzahl und der Abstand der Traversen die Länge der Bohrstangengruppen bestimmt, und einer Bohrvorrichtung, die im Weichgestein mit mechanischen Bohrköpfen und im Hartgestein mit dem Hochspannungs-Elektroimpulsverfahren, Höchstdruckwasser-Bohrköpfen mit beweglicher Wasserdüse, Dampf-Jet-Schmelzbohrverfahren mittels Dampf-Plasmastrahl, Metallschmelze-Bohrverfahren oder weiteren Bohrkopftechniken für das Vordringen in große Tiefen der Erde aufgebaut ist.
Der besondere Vorzug der Erfindung besteht darin, dass beim Ziehen des Bohrgestänges zum Wechseln des Bohrkopfes eine Entkopplung der einzelnen Bohrstangen nicht erforderlich ist und sehr lange Bohrstangengruppen gelagert und bereitgestellt werden können und somit eine wesentliche Verringerung der Anzahl der Kuppelvorgänge erreicht wird, bei geringen Tiefen mit Weichgestein übliche mechanische Bohrköpfe benutzt werden und ab den Tiefen mit Hartgestein der Bohrkopf mit dem Hochspannungs-Elektroimpulsverfahren mit seiner großen Lebensdauer und seiner hohen Abtragung, Höchstdruckwasser-Bohrköpfen mit beweglicher Wasserdüse oder Schmelzbohrverfahren eingesetzt werden, was eine weitere Verringerung der Kuppelvorgänge und eine Erhöhung der reinen Bohrzeit bewirkt. Die Erkundung und Förderung von festen oder flüssigen Bodenschätzen und die Erschließung der Erdwärme werden bedeutend effektiver vollzogen.
Im Folgenden soll die Erfindung an Hand einer schematischen Zeichnung näher erläutert werden:
1 zeigt die in der Waagerechten montierte erfindungsgemäße Anordnung:
Das Bohrgestänge 1 wird in der Waagerechten bewegt, montiert, gelagert und bereitgestellt. Alle Elemente, die auch in einem Bohrturm vorhanden sind, wie Drehtisch, Antriebsstange, Bewegungsmechanik zum Heben oder Senken und zum Lagern oder Bereitstellen des Bohrgestänges und der Spülschlauch mit Pumpen, sind im Aggregateblock 4 vereint und waagerecht angeordnet. Dem Aggregateblock 4 schließen sich die hintereinander angeordneten Traversen 5 für die Lagerung der Bohrstangengruppen an. Die Bohrschlammsetzgrube 3 sammelt die aus der Tiefe aufströmende Spülflüssigkeit. Nach Reinigung und Filterung wird die Spülflüssigkeit wieder den Pumpen zugeführt Die Bohrung selbst erfolgt entsprechend dem möglichen Krümmungsradius eines im Weichgestein meist notwendigen Futterrohres 2 und der Krümmung des Bohrgestänges 1.
Der Bohrkopf 6 trägt das Material am Fußpunkt der Bohrung mechanisch wirkend durch Zerkleinerung ab. Der Bohrkopf 7 arbeitet im Hartgestein nach dem Hochspannungs-Elektroimpulsverfahren. Der Hochspannungsimpuls zerstört die Gefügestruktur des Materials am Bohrgrund. Im Bohrkopf 8 erhöhen Turbinen den Druck der Spülflüssigkeit auf Höchstdruck, die über eine bewegliche Düse das Material am Bohrgrund abträgt. Über den Bohrkopf 9 wirkt eine Metallschmelze durch Temperatur- und Druckeinwirkung auf das abzutragende Gestein.
Bezugszeichenliste

1: Bohrgestänge
2: Futterrohr
3: Bohrschlammsetzgrube
4: Aggregateblock
5: Traversen
6: Bohrkopf, mechanisch
7: Bohrkopf mit dem Hochspannungs-Elektroimpulsverfahren
8: Bohrkopf mit Spülflüssigkeitshöchstdruck
9: Bohrkopf mit dem Metallschmelze-Verfahren

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4223737 [0004]
DE 102010049415 [0005]
DE 202006018980 [0005]
DE 3610015 [0005]
DE 19500024 [0005, 0005]
DE 19909836 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Durchführung von senkrechten, schrägen oder waagerechten Bohrungen im Erdreich, mit einem waagerecht gelagerten Bohrgestänge und ebenfalls in der Waagerechten angeordneten Vorrichtungen zum Koppeln oder Entkoppeln der einzelnen Bohrstangen, zum Heben oder Senken bzw. Ziehen oder Schieben des Bohrgestänges, zum Drehen oder Arretieren des Bohrgestänges, zum Anschluss eines Spülschlauches am oberen Ende des Bohrgestänges, zur Erzeugung des Druckes und der Pressung der Spülflüssigkeit, zum Ankoppeln neuer Bohrköpfe, zum Abkoppeln verbrauchter Bohrköpfe und zum Auffangen der Spülflüssigkeit, wobei unter Nutzung der möglichen Krümmung eines im Weichgestein meist notwendigen Futterrohres und des darin geführten gekrümmten Bohrgestänges die Bohrung allmählich in die gewünschte Bohrrichtung übergeht und am unteren bzw. vorderen Ende des Bohrgestänges ein Bohrkopf angebracht ist, der im Weichgestein mittels einem rotierenden mechanischen Bohrkopf das Material abträgt, dadurch gekennzeichnet, dass im Hartgestein ein über ein gekrümmtes Futterrohr zugeführtes Bohrgestänge am unteren bzw. vorderen Ende ein Bohrkopf angebracht ist, der mit dem Hochspannungs-Elektroimpulsverfahren das Material abträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren bzw. vorderen Ende des Bohrgestänges ein Bohrkopf angebracht ist, der mit Hoch- und Höchstdruck die Spülflüssigkeit über eine beweglicher Düse auf das Material spritzt und abträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren bzw. vorderen Ende des Bohrgestänges ein Bohrkopf angebracht ist, der mittels dem Metallschmelze-Bohrverfahren das Material abträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren bzw. vorderen Ende des Bohrgestänges ein Bohrkopf angebracht ist, der mittels einem Flammen-Jet-Bohrverfahren das Material abträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren bzw. vorderen Ende des Bohrgestänges ein Bohrkopf angebracht ist, der mittels Hydro-Thermal-Bohrverfahren das Material abträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren bzw. vorderen Ende des Bohrgestänges ein Bohrkopf angebracht ist, der mittels Dampf-Jet-Schmelzbohrverfahren das Material abträgt.