DE2450998A1

DE2450998A1 - Verfahren und vorrichtung zum sichern eines standrohres in einem bohrloch

Info

Publication number: DE2450998A1
Application number: DE19742450998
Authority: DE
Inventors: Robert Aldred; John George Staley
Original assignee: Coal Industry Patents Ltd
Current assignee: Coal Industry Patents Ltd
Priority date: 1973-11-02
Filing date: 1974-10-26
Publication date: 1975-05-15
Also published as: US3901319A; FR2250013B3; BE821622A; FR2250013A1; GB1443030A

Description

PATENTANWALT BODE · 4033 HOSEL · POSTFACH 1140 · TELEFOi-J 021G2-60001 · TELEX 8585166

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Coal Industry (Patents) Limited Hobart House, Grosvenor Place, London, SWlX 7AE, England

Verfahren und Vorrichtung zum Sichern eines Standrohres in einem Bohrloch

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sichern und Abdichten eines Standrohres in einem Bohrloch. Die Erfindung findet insbesondere im Bergbau Verwendung, wo rohrförmige Standrohre in im Gebirge befindliche Bohrlöcher eingesetzt werden um Methan oder andere Gase abzusaugen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Absaugung beschränkt sondern kann überall dort verwendet werden, wo eine gute Abdichtung zwischen dem inneren Ende und dem Anfang des Standrohres erzielt werden muß.

Bei der Methanabsaugung ist es üblich, zunächst ein Loch von normalerweise etwa Io m Länge in das Gebirge zu bohren, dann ein Standrohr in das Bohrloch einzusetzen, das Standrohr in dem Bohrloch abzudichten und abzusichern und dann die Bohrung durch das Standrohr hindurch in die gasführenden, zu entgasenden Schichten hinein weiterzubohren. Das Standrohr wird-so ausgewählt, daß sein äußerer Umfang möglichst' dicht an der Wandung des Bohrloches anliegt, jedoch nicht so dicht, daß das Einsetzen des Standrohres Schwierigkeitemacht. Infolgedessen ist immer etwas Raum zwischen der

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Außenwand des Standrohres und der Wandung des Bohrloches. Dieser Raum ermöglicht es der Luft, in die zu entgasende Zone einzudringen und sich mit dem Gas bei dessen Absaugung zu vermischen. Um diese Vermischung zu vermeiden ist es notwendig, das Standrohr gegen die Wandung des Bohrloches abzudichten, um einen Luftstrom außerhalb des Standrohres um das Standrohr herum zu vermeiden. Bis zum heutigen Tage wird diese Abdichtung im allgemeinen nach einem der drei folgenden Verfahren vorgenommen. Das erste Verfahren besteht darin, Zement in den Raum zwischen dem Standrohr und der Bohrlochwandung einzubringen. Hierbei wird der Zement über eine Rohrleitung in dem Standrohreingepreßt, die am inneren Ende des Standrohres eine abgebogene Auslaßöffnung hat und den Zementmörtel in den zu verfüllenden Raum einspeist. Die Rohrleitung wird herausgezogen, nachdem der Zementmörtel in die vorgesehene Lage eingepreßt ist und abgebunden hat. Da das Abbinden des Zementes vier bis zwanzig Stunden in Anspruch nimmt, hat dieses Verfahren den Nachteil, daß die Fertigstellung der Absaugevorrichtung um diese Zeit verzögert wird.

Bei einem zweiten Verfahren ist die Verwendung eines Bandes vorgesehen, daß in Form eines Konus um das Standrohr gewickelt wird und im Bohrloch im Bereich von dessen äußerem Ende angeordnet ist. Wenn der Bohrer zum nachfolgenden Weiterbohren über das innere Ende des Standrohres hinaus durch das Standrohr hindurchgesteckt wird, fällt das Bohrklein zurück und wird in dem Raum zwischen dem Standrohr und der Bohrlochwandung festgehalten. Wenn jedoch Sandstein über dem Standrohr ansteht, trocknet das Sandstein-Bohrklein aus, so daß die Abdichtung ihre Wirksamkeit Verliert und Luft außerhalb des Standrohres durchtreten kann.

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Das dritte Verfahren sieht die Anordnung von Gummikragen um das obere und untere Ende des Standrohres vor, wobei dieser Gummikragen sich unter Verformung gegen- die Bohrlochwandung anpreßt, wenn das Standrohr in das Bohrloch eingedrückt wird. Dieses Verfahren hat die beste Wirksamkeit der drei beschriebenen Verfahren, hat jedoch den Nachteil, daß es relativ teuer ist. Darüberhinaus kann auch hier um die Dichtungen herum Luft durch Spalten oder Risse im die Dichtungen umgebenden Gestein durchtreten.

In der anhängigen britischen Patentanmeldung 36 553/72 wird ein verbessertes Verfahren zur Abdichtung eines Standrohres in einem Bohrloch offenbart, das die Nachteile der drei oben erläuterten Verfahren überwindet. In dieser Patentanmeldung ist ein Abdichtverfahren beschrieben, bei dem mindestens ein Teil des Standrohres mit Kunstharz gefüllt wird und das Standrohr dann in das Bohrloch eingedrückt wird, wobei das Kunstharz vom im Bohrlochtiefsten befindlichen Ende des Standrohres in den Raum zwischen der Wandung des Bohrloches und der Außenwand des Standrohres eingepreßt wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alternative zu diesem Verfahren zu schaffen, die im Hinblick auf die Wirksamkeit jedoch gleichwertig ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Sichern und Abdichten eines Standrohres in einem Bohrloch, das sich dadurch kennzeichnet, daß eine zerbrechliche, mit Dichtungsmaterial gefüll-te Hülse in das Bohrloch eingesetzt wird, daß diese Hülse bis ins Bohrlochtiefste eingedrückt wird und daß anschließend eine Kraft auf die Hülse ausgeübt wird, so daß diese zerstört wird und das geschlossene Standrohr

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bis auf die Bohrlochsohle durchtreten läßt, wobei das Dichtungsmaterial den Spalt zwischen den Bohrlochwandungen im Bereich des Bohrlochtiefsten und dem Standrohr ausfüllt.

Das Dichtungsmaterial ist vorzugsweise ein Kunstharz, das in der Hülse in zwei separaten Abteilungen angeordnet ist; das Standrohr wird bei der Bewegung gegen die Bohrlochsohle zweckmäßig verdreht, um das Harz zu vermischen und zum Abbinden zu bringen. Das Dichtungsmaterial hat zweckmäßig thixotrope Eigenschaften und enthält in fein verteilter Form eine geeignete Beschleunigersubstanz, um das Vermischen zu erleichtern.

Das Standrohr ist zweckmäßig mit einem äußeren Dichtungskragen versehen, der über die Außenseite des Standrohres verschoben werden kann und als Dichtung wirkt, die das Dichtungsmaterial im Bereich des Endes des Bohrloches hält und das Eindringen von Dichtungsmaterial in die Risse des umliegenden Gebirges fördert.

Vorzugsweise ist das Ende des Standrohres, das so angeordnet ist, daß es die Hülse berührt, mit einem besonders geformten Zerstörungselement versehen. Außerdem ist das Standrohr außen mit angeschweißten Schaufeln versehen, die die Vermischung des Dichtungsmaterials unterstützen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung weist eine Hülse aus zerbrechlichem Material auf, die mit Dichtungsmaterial gefüllt ist und an einem Ende durch einen Pfropfen und am anderen Ende durch ein zerbrechliches Verschlußelement verschlossen ist, das mit

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kurzem Abstand zum Ende der Hülse angeordnet ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird ein Beispiel der Abdichtung eines Standrohres in einem Bohrloch unter Verwendung einer Hülse gemäß der Erfindung im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein Längsschnitt durch die Hülse,das an der Hülse anliegende Standrohr und das Bohrloch dargestellt ist.

Es wird davon ausgegangen,daß die Erfindung in einem Kohlenbergwerk zur Herstellung einer Vorrichtung verwendet wird, die zum Absaugen von Methan aus gasführenden Schichten dient. Diese Vorrichtung wird dadurch hergestellt, daß ein mit . dem Bezugs zeichen Io bezeichnetes Bohrloch von etwa Io m Länge von einer Strecke aus in das Gebirge 11 gebohrt wird, das anschließend ein Standrohr im Gebirge verankert wird und dann die Bohrung durch das Standrohr hindurch in die gasführenden Schichten hinein weitergebohrt wird, so daß das Methan mittels einer Pumpe durch das Standrohr abgesaugt werden kann.

Zur Sicherung des Standrohres .in dem Bohrloch ist das innerste Ende'des Standrohres durch eine Abdicht-Mixtur an den Wänden des Bohrloches so befestigt, daß um die Außenseite des Standrohres herum keine Luft durch Risse im das Standrohr umgebenden Gebirge angesaugt werden kann.

In der Zeichnung ist eine Hülse mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet, deren Wandungen aus zerbrechlichem Material hergestellt sind. Beim Ausführungsbeispiel bestehen-die Wandungen.

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aus Asbest und sind etwa 6 mm dick. Die Hülse 1 ist mit einem Dichtungsmaterial 2 aus Kunstharz gefüllt und enthält" einen beschleunigt wirkenden Härter, der jedoch von dem Kunstharz durch eine geeignete Trennwand abgetrennt ist. Ein zerbrechliches Verschlußteil 3, das im lichten Querschnitt der Hülse 1 angeordnet ist, schließt die Hülse 1 an ihrem unteren Ende ab. Das obere Ende der Hülse 1 ist durch einen Zementpfropfen 4 verschlossen, der außen so geformt ist, daß er sich leicht in dem Bohrloch hochschieben läßt. Die in das Innere der Hülse 1 weisende Oberfläche des Pfropfens 4 ist bei 5 mit einem Beschleuniger für das Abbinden des Harzes 2 überzogen, so daß an dem Pfropfen 4 verbleibendes Harz nach Gebrauch schnell abbindet und nicht in plastischem Zustand verbleibt, wodurch die nachfolgende Durchbohrung behindert würde.

Zunächst wird ein etwa Io m tiefes Bohrloch Io von einer Strecke aus in das Gebirge gebohrt und der Bohrer herausgezogen. Dann wird die Hülse 1 mit dem Zementpfropfen 4 voraus in das Bohrloch Io eingeführt. Ein Standrohr 6, von dem in der Zeichnung nur ein Teil zu erkennen ist, wird zum Einstoßen der Hülse 1 in das Bohrloch Io verwendet. Das Standrohr 6 besteht aus mehreren Abschnitten, die aneinandergefügt werden, wenn sie in das Bohrloch Io eingeschoben werden. Das vordere Ende des Standrohres 6 ist von einem als Zementpfropfen ausgebildeten Zerstörungselement 7 abgedeckt. Ein biegsamer Kragen 8 ist auf das Standrohr an dessen unterem Ende aufgesteckt.

Das Standrohr 6 drückt die Hülse 1 bis auf die Bohrlochsohle. Sodann wird das Ende des Standrohres 6 durch hydraulischen Druck beaufschlagt, wodurch das Zerstörungs-

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element 7 in die Hülse 1 und gegen den zerbrechlichen Verschlußteil 3 angepreßt wird. Der weiterwirkende Druck bewirkt, daß die Hülse 1 zersplittert, wenn das·Zerstörungselement 7 weiter nach oben gedrückt wird, wodurch das Dichtungsmaterial gezwungen wird, sich mit dem Härter zu vermischen und in den Spalt 12 zwischen der Außenwand des Standrohres 6 und der Wandung des Bohrloches Io einzudringen. Der Kragen -8 gewährleistet die Abdichtung im LJmf angsbereich des Standrohres 6. Wenn das Standrohr 6 bis an die Sohle des Bohrloches vorgeschoben ist, wird das Standrohr einigemale hin- und herbewegt, um das Dichtungsmaterial mit Hilfe der Schaufeln 9 vollständig zu durchmischen.

Nachdem das Dichtungsmaterial abgebunden hat, wird weitergebohrt, indem ein Bohrer durch das Standrohr hindurchgeführt wird. Dieser Bohrer durchbohrt dann zunächst die Zementpfropfen H und 7 am Ende des Bohrloches sowie evtl. 'am Ende des Bohrloches vorhandenes Dichtungsmaterial und dringt dann in das Gebirge ein.

Die Erfindung ermöglicht es, eine äußerst wirksame Abdichtung des Standrohres in dem Bohrloch herzustellen. Falls für das Dichtungsmaterial 2 eine schnellabbindende Kunstharzmischung verwendet wird, k'ann die Abdichtung in zehn Minuten fertiggestellt sein.

Die Hülse 1 wird in einem Zulieferbetrieb gefüllt und gebrauchsfertigt an das Bergwerk geliefert. Hierdurch wird eine gleichbleibende Mischung garantiert und sind vor Ort keine Mischungsarbeiten erforderlich. Anstelle von Asbest kann für die Hülse ein brüchiger Kunststoff verwendet werden, beispielsweise ein Kunststoff mit Sand durchmischt. ;

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Der Bohrlochdurchmesser beträgt normalerweise etwa 7,6 cm.

- Patentansprüche -

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Claims

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1. Verfahren zum Sichern und Abdichten eines Standrohres in einem Bohrloch, dadurch gekenn-" zeichnet , daß eine zerbrechliche, mit Dichtungsmaterial (2) gefüllte Hülse (1) in das Bohrloch (lo) eingesetzt wird, daß diese Hülse (1) bis ins Bohrlochtiefste eingedrückt wird und daß anschließend eine Kraft auf die Hülse (1) ausgeübt wird, so daß diese zerstört wird und das geschlossene Standrohr (6) bis auf die Bohrlochsohle durchtreten läßt,,wobei das Dichtungsmaterial den Spalt (12) zwischen den Bohrlochwandungen und dem Standrohr (6) ausfüllt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß das Dichtungsmaterial (2) ein Kunstharz ist, das in der Hülse in zwei separaten Abteilungen angeordnet ist, und daß das Standrohr (6) bei der Bewegung gegen die Bohrlochsohle verdreht wird, um das Kunstharz der beiden Abteilungen zu vermischen.

3. Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß das Standrohr (6) außen mit Schaufeln (9) versehen ist, die das Vermischen des Kunstharzes unterstützen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1- 3, dadurch . gekennzeichnet , daß das Kunstharz durch eine Dichtvorrichtung (8), die zwischen dem Standrohr (6) und der Wandung des Bohrloches (lo) angeordnet ist, am Herausfließen aus dem Ringraum zwischen Standrohr (6) und Bohrloch (lo) gehindert wird.

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5. Verfahren nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtungvorrichtung(8) durch einen biegsamen verschiebbaren Ring gebildet wird, der auf das Standrohr (6) aufgesteckt ist und beim Einschieben in das Bohrloch derart verformt wird, da:ß er den Spalt (12) zwischen dem Standrohr (6) und der Bohrlochwandung abschließt.

6. Verfahren nach einem.der Ansprüche 1- 5, dadurch gekennzeichnet , daß am vorderen Ende des Standrohres (6) ein Zerstörungselement (7) angeordnet ist, und daß dieses Zerstörungselement (7) beim Einschieben des Standrohres (6) in die Hülse (1) eingedrückt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1-6 ,gekennzeichnet durch eine Hülse (1), die aus zerbrechlichem Material hergestellt ist und an einem Ende durch einen Pfropfen (4) und am anderen Ende durch ein zerbrechliches Verschlußteil (3) verschlossen ist, das mit kurzem Abstand zum Ende der Hülse (1) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,dadurch geke η η zeichnet , daß das Dichtungsmaterial (2) ein Zweikomponenten-Kunstharz ist, wobei beide Komponenten getrennt voneinander in der Hülse (1) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Dichtungsmaterial (2) thixotrope Eigenschaften hat und in feinverteilter Form eine Beschleunigersubstanz enthält,

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