EP1564367A1 - Erdverdrängungsbohrer - Google Patents

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EP1564367A1
EP1564367A1 EP04003435A EP04003435A EP1564367A1 EP 1564367 A1 EP1564367 A1 EP 1564367A1 EP 04003435 A EP04003435 A EP 04003435A EP 04003435 A EP04003435 A EP 04003435A EP 1564367 A1 EP1564367 A1 EP 1564367A1
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EP
European Patent Office
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drill
mixing element
drilling
drilling fluid
soil displacement
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EP04003435A
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Alexander Julius Verstraeten
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Beheersmaatschappij Verstraeten BV
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Beheersmaatschappij Verstraeten BV
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/44—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/06—Arrangements for treating drilling fluids outside the borehole
    • E21B21/062—Arrangements for treating drilling fluids outside the borehole by mixing components
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/72—Pile shoes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
    • E21B33/138—Plastering the borehole wall; Injecting into the formation

Definitions

  • the present invention relates to a Erdverdrfitungsbohrer with a Drill tube and a arranged at the end of the drill head, wherein the Radius of the drill pipe is less than the largest radius of the drill head.
  • Such Erdverdrfitungsbohrer are basically known (see DE-A-35 01 439). When using such Erddrdrfitungsbohrers is this driven under turning into the ground, due to the larger Radius of the drill head between the resulting drill channel and the drill pipe creates an annulus.
  • a drilling fluid is introduced into the drill channel. On such drilling fluid may be, for example, water but is common from a mixture of cement and mortar, with other additives Application can be found.
  • the drill pipe can be up to a desired Depth to be drilled. After creating the Bohrkanals this can with Concrete filled to form a pile.
  • Drilling channels are drilled deeper and deeper. Also, due to this Requirements of the cross section of the drill pipe and the drill head always greater.
  • the desired pile depth can often not be achieved be because the drilling fluid into a porous or coarse-grained soil layer disappears or because of the annulus, which is between drill pipe and Drilling channel has formed, filled by burbling soil material so that the lubricating effect of the drilling fluid is eliminated. hereby increases the friction on the drill pipe and that for further drilling Required torque becomes so great that the drilling process stops comes, although the desired drilling depth has not yet been reached.
  • One solution to this problem would be to increase the amount applied Torque. However, in this case, the thickness of the drill pipe would be dramatic must be increased, so that an economic use of such Earth displacement drill is out of the question.
  • mixing element ensures that soil material and mix drilling fluid particularly well and intensively with each other. As a result, friction is significantly reduced, so that on the one hand with larger Diameters can be drilled and on the other hand essential larger drilling depths are achieved.
  • the mixing element be dimensioned so that it does not project radially beyond the drill head and in particular radially outward approximately to the largest radius of the drill head extends. In this way it is ensured that the Mixing element does not increase the drilling channel undesirable. By a radial extent to about the largest radius of the drill head is ensured that a thorough mixing of drilling fluid and soil material takes place over the entire cross section of the annulus.
  • the mixing element arranged directly above the drill head.
  • Such an embodiment is particularly advantageous if the drilling fluid through a or more openings in the area of the drill head into the borehole exit. In this way, the mixing can be immediately above of the drill head.
  • the mixing element designed so that between this and the drill pipe a particular closed volume is included.
  • it Mixing element designed as a body, creating a particularly good Mixing is achieved.
  • the mixing element at least one wedge surface, seen in cross-section with the Wall of a drilling channel formed by the drill head a tapered Area forms.
  • this particularly advantageous embodiment ensures the wedge surface that when turning the drill pipe, the Mixture of drilling fluid and soil material in the tapered Area is pushed, the mixture subsequently by the rotary motion the wedge surface is entered into the wall of the drilling channel.
  • the mixing element have a convex outer surface, in particular symmetrical is trained.
  • the mixing element can basically be arranged parallel to the drilling axis However, can also be arranged obliquely on the drill pipe, so that a through the central axis of the drill pipe extending plane with the Longitudinal axis of the mixing element forms an angle.
  • the longitudinal extent of the mixing element can vary. Good results have been shown when the mixing element about one and a half to two and a half times as long as the diameter of the drill pipe is.
  • a method according to the invention for producing a borehole with a Erdverdrfitungsbohrer of the type described above is the drill drilled into the subsurface, taking drilling fluid into the annulus is introduced, which arises between the borehole and the drill channel, wherein the drilling fluid is mixed above the drill head.
  • the drilling fluid is mixed above the drill head.
  • the drill pipe drills the drilling fluid and soil material mixed above the drill head, whereby the above-described Benefits are achieved.
  • the Erdverdrfitungsbohrer shown in Fig. 1 has a circular cylindrical Drill tube 10, welded to the lower end of a drill head 12 is.
  • the illustrated enlarged in Figure 4 drill head 12 has its rear end an annular shaft portion 14th on, in which the front end of the drill pipe 10 is inserted, whereupon then drill pipe 10 and drill head 12 by means of a welded joint 16 can be connected to each other.
  • a cone-shaped tip section closes 18, which is formed integrally with the shaft portion 14.
  • Both in the region of the shaft portion 14 as well as the tip portion 18 are provided a plurality of helical ribs 20, 21, 22 and 23, wherein the ribs 20 and 21 project radially from the shaft portion 14 and the ribs 22 and 23 in the axial direction of the tip portion 18th protrude. All of the ribs are spaced apart teeth 24 provided, which point in the axial direction of the drill head 12, with the Drilling direction X (Fig. 1) matches.
  • the entire drill head 12 is integrally formed.
  • the Drill head 12 as well as the drill pipe 10 are made of steel.
  • the radius of the drill pipe 10 is smaller than the largest radius of the drill head 12, so that when screwing the ErdverdrDeutschungsbohrers in soil material between the resulting Drill and the drill pipe 10, an annulus 30 is formed.
  • Fig. 1 illustrates Furthermore, that both the resulting in the region of the drill head 12 Borehole 32 as well as the annular channel 30 with a mixture of Drilling fluid and particles of the soil material are filled.
  • the drilling fluid is via a arranged in the interior of the drill pipe 10 pipe 34th guided in the region of the foremost end of the drill head 12 and occurs from there via radial outlet channels 36 into the borehole 32.
  • the leaking drilling fluid 38 mixes with particles of the soil material and fills the wellbore 32 as well as the wellbore 30.
  • a mixing element 40 is provided which extends in the longitudinal direction X. of the drill pipe and the radially not over the drill head 12th protrudes, but radially outward to about the largest radius of the drill head 12 extends.
  • the mixing element 40 is a groove-shaped component, whose radius is smaller than that of the drill pipe 10.
  • the mixing element 40 is in the illustrated embodiment of the outer jacket the drill pipe 10 welded and at its top and bottom closed, so that between the mixing element 40 and the Drill tube 10 is enclosed a closed volume.
  • Fig. 3b shows another embodiment of a mixing element 40 '.
  • the mixing element 40 ' by an angular Part formed, whose two legs are the same length and enclose an angle of about 115 ° with each other.
  • the position of the Mixing element 40 'on the drill pipe 10 is the same as that of the mixing element 40th
  • the mixing element according to the invention either have a convex outer circumferential surface (Fig. 3a) or the mixing element may have two converging outer surfaces possess ( Figure 3b).
  • the mixing element has at its Outside a surface 42 and 42 ', which is approximately tangential to the Outer jacket of the drill pipe 10 extends, and which serves as a wedge surface, there it with the wall of the drill hole 30 formed by the drill head forms a tapered region 44.
  • the mixing element 40 ensures intimate mixing of drilling fluid and soil material.
  • the mixing element 40 ensures that the in the annular space 30th contained mixture pressed or registered in the wall of the drill channel is, by the wedge surface 42, the mixture located in the area 44 sweeps into the wall of the Bohrkanals. This will be in the surrounding pores 46 sealed pores and the Wall of the annular space 30 and the drilling channel is plastered, so to speak and thereby sealed and stabilized.
  • the Drilling channel has a stabilized wall portion 48, the same time sealed the surrounding soil, leaving the annulus above the drill head 12 is filled with drilling fluid, without this in the surrounding soil penetrates and seeps away. This is on the one hand ensures that the drill channel remains stable and does not collapse. On the other hand, it is ensured that the friction reducing effect of Drilling fluid maintained over the entire length of the drill pipe remains, which significantly increases the torque required for drilling is reduced. At the same time, the wall thickness of the drill pipe 12 within stay reasonable limits.
  • the mixing element 40, 40 ' is also a certain imbalance, which imposes a certain rolling motion on the drill, which itself has a positive effect during drilling.
  • the mixing element are arranged obliquely on the outer circumference of the drill pipe.
  • Both drill pipe and mixing element can also be made of plastic consist.
  • the mixing element can be curved in the axial direction or be formed curved. Furthermore, it is not absolutely necessary that the drilling fluid passes through the interior of the drill head into the wellbore 32 is injected. This could also be done through the annulus 30.

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Abstract

Ein Erdverdrängungsbohrer weist ein Bohrrohr (10) und einen an dessen Ende angeordneten Bohrkopf (12) auf, wobei der Radius des Bohrrohres geringer als der größte Radius des Bohrkopfes ist. Am Außenumfang des Bohrkopfes ist ein sich in Längsrichtung des Bohrrohres erstreckendes Mischelement (40) vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Erdverdrängungsbohrer mit einem Bohrrohr und einem an dessen Ende angeordneten Bohrkopf, wobei der Radius des Bohrrohres geringer als der größte Radius des Bohrkopfes ist.
Derartige Erdverdrängungsbohrer sind grundsätzlich bekannt (vgl. DE-A-35 01 439). Bei Verwendung eines solchen Erdverdrängungsbohrers wird dieser unter Drehen in das Erdreich getrieben, wobei aufgrund des größeren Radius des Bohrkopfes zwischen dem entstehenden Bohrkanal und dem Bohrrohr ein Ringraum entsteht. Zum Bohren wird üblicherweise im Bereich des Bohrkopfes ein Bohrfluid in den Bohrkanal eingebracht. Ein solches Bohrfluid kann beispielsweise Wasser sein, besteht jedoch häufig aus einer Mischung aus Zement und Mörtel, wobei auch weitere Zuschlagsstoffe Anwendung finden können.
Durch die schmierende Wirkung von Bohrfluid, das mit Bestandteilen des Bodenmaterials vermengt ist, kann das Bohrrohr bis zu einer gewünschten Tiefe gebohrt werden. Nach Erstellen des Bohrkanals kann dieser mit Beton gefüllt werden, um einen Pfahl zu bilden.
Durch die immer mehr zunehmenden Belastungen auf derartige Pfähle und den Wunsch nach setzungsfreien Gründungen, müssen heutzutage Bohrkanäle zunehmend tiefer gebohrt werden. Auch wird aufgrund dieser Anforderungen der Querschnitt des Bohrrohres und des Bohrkopfes immer größer. Die gewünschte Pfahltiefe kann jedoch oft nicht erreicht werden, weil das Bohrfluid in eine poröse bzw. grobkörnige Bodenschicht verschwindet oder weil der Ringraum, der sich zwischen Bohrrohr und Bohrkanal gebildet hat, von einbrechendem Bodenmaterial zugeschüttet wird, so dass die schmierende Wirkung des Bohrfluids entfällt. Hierdurch nimmt die Reibung auf das Bohrrohr zu und das für ein Weiterbohren erforderliche Drehmoment wird so groß, dass der Bohrprozess zum Erliegen kommt, obwohl die gewünschte Bohrtiefe noch nicht erreicht wurde. Eine Lösung dieses Problems wäre zwar ein Erhöhen des aufgebrachten Drehmomentes. Jedoch würde hierbei die Dicke des Bohrrohrs drastisch erhöht werden müssen, so dass ein ökonomischer Einsatz eines solchen Erdverdrängungsbohrers nicht in Frage kommt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Erdverdrängungsbohrer und ein Verfahren zum Erstellen eines Bohrloches zu schaffen, mit denen es möglich ist, Bohrkanäle mit größerer Tiefe und/oder größerem Durchmesser zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche und insbesondere dadurch, dass bei einem Erdverdrängungsbohrer der eingangs genannten Art am Außenumfang des Bohrrohres zumindest ein sich in dessen Längsrichtung erstreckendes Mischelement vorgesehen ist.
Durch Einbringen von Bohrfluid in den Bereich des Bohrkopfes und/oder des Ringraums zwischen Bohrrohr und Wandung des Bohrkanals vermengen sich Teile von Bodenmaterial mit dem Bohrfluid, wobei das erfindungsgemäß vorgesehene Mischelement dafür sorgt, dass sich Bodenmaterial und Bohrfluid besonders gut und intensiv miteinander vermischen. Hierdurch wird Reibung deutlich reduziert, so dass einerseits mit größeren Durchmessern gebohrt werden kann und andererseits wesentlich größere Bohrtiefen erreicht werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung und den Unteransprüchen beschrieben.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann das Mischelement so dimensioniert sein, dass es radial nicht über den Bohrkopf vorsteht und sich insbesondere radial nach außen etwa bis zum größten Radius des Bohrkopfes erstreckt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Mischelement den Bohrkanal nicht unerwünscht vergrößert. Durch eine radiale Erstreckung bis etwa zum größten Radius des Bohrkopfes wird sichergestellt, dass eine Durchmischung von Bohrfluid und Bodenmaterial über den gesamten Querschnitt des Ringraums erfolgt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Mischelement unmittelbar oberhalb des Bohrkopfes angeordnet. Eine solche Ausführungsform ist besonders dann von Vorteil, wenn das Bohrfluid durch eine oder mehrere Öffnungen im Bereich des Bohrkopfes in das Bohrloch austritt. Auf diese Weise kann die Durchmischung unmittelbar oberhalb des Bohrkopfes erfolgen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Mischelement so ausgebildet, dass zwischen diesem und dem Bohrrohr ein insbesondere geschlossenes Volumen eingeschlossen ist. Mit anderen Worten ist das Mischelement als Körper ausgebildet, wodurch eine besonders gute Durchmischung erzielt wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Mischelement zumindest eine Keilfläche auf, die im Querschnitt gesehen mit der Wand eines von dem Bohrkopf gebildeten Bohrkanals einen sich verjüngenden Bereich bildet. Bei dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform sorgt die Keilfläche dafür, dass bei Drehung des Bohrrohres die Mischung aus Bohrfluid und Bodenmaterial in den sich verjüngenden Bereich gedrängt wird, wobei die Mischung anschließend durch die Drehbewegung der Keilfläche in die Wand des Bohrkanals eingetragen wird. Hierdurch kann gewissermaßen ein Verputzen des Bohrkanals erreicht werden, indem die von dem Mischelement durchmengte Mischung aus Bohrfluid und Bodenmaterial in die Wandung des Bohrkanals eingepresst wird. Hierdurch wird ein äußerst stabiler Bohrkanal erhalten, der nicht einbricht und der verhindert, dass Bohrfluid in den umgebenden Boden austritt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Mischelement eine konvexe Außenfläche aufweisen, die insbesondere symmetrisch ausgebildet ist. Hierdurch wird ein besonders gutes Einbringen des gemischten Materials in die Wandung des Bohrkanals erreicht. Besonders gute Ergebnisse haben sich dadurch ergeben, dass an dem Mischelement zumindest eine Außenfläche vorgesehen wurde, die etwa tangential zu dem Bohrrohr angeordnet war.
Das Mischelement kann grundsätzlich parallel zur Bohrachse angeordnet sein, kann jedoch auch schräg an dem Bohrrohr angeordnet sein, so dass eine durch die Mittelachse des Bohrrohres verlaufende Ebene mit der Längsachse des Mischelements einen Winkel bildet.
Die Längserstreckung des Mischelementes kann variieren. Gute Ergebnisse haben sich gezeigt, wenn das Mischelement etwa eineinhalb bis zweieinhalbmal so lang wie der Durchmesser des Bohrrohres ist.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Bohrloches mit einem Erdverdrängungsbohrer der eingangs beschriebenen Art wird der Bohrer in den Untergrund gebohrt, wobei Bohrfluid in den Ringraum eingebracht wird, der zwischen Bohrloch und Bohrkanal entsteht, wobei das Bohrfluid oberhalb des Bohrkopfes vermischt wird. Bevorzugt erfolgt das Einbringen des Bohrfluids über die Spitze des Bohrkopfes, so dass dieses zunächst in das vom Bohrkopf gebildete Bohrloch austritt und anschließend den Ringraum zwischen Bohrrohr und Bohrkanal füllt. Durch Drehen des Bohrrohres wird das Bohrfluid und das Bodenmaterial oberhalb des Bohrkopfes vermischt, wodurch die eingangs beschriebenen Vorteile erzielt werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1
einen Längsschnitt durch einen in einem Bohrkanal angeordneten Erdverdrängungsbohrer;
Fig. 2
einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1;
Fig. 3a und 3b
eine dem Detail III von Fig. 2 entsprechende Schnittansicht zweier verschiedener Ausführungsformen; und
Fig. 4
eine Seitenansicht des Bohrkopfes von Fig. 1.
Der in Fig. 1 dargestellte Erdverdrängungsbohrer weist ein kreiszylindrisches Bohrrohr 10 auf, an dessen unterem Ende ein Bohrkopf 12 angeschweißt ist. Der in Fig.4 vergrößert dargestellte Bohrkopf 12 weist an seinem rückwärtigen Ende einen kreisringförmigen Schaftabschnitt 14 auf, in den das vorderseitige Ende des Bohrrohres 10 gesteckt wird, woraufhin dann Bohrrohr 10 und Bohrkopf 12 mittels einer Schweißverbindung 16 miteinander verbunden werden können.
An den Schaftabschnitt 14 schließt sich ein konusförmiger Spitzenabschnitt 18 an, der mit dem Schaftabschnitt 14 einstückig ausgebildet ist. Sowohl im Bereich des Schaftabschnitts 14 wie auch des Spitzenabschnittes 18 sind mehrere wendelförmige Rippen 20, 21, 22 und 23 vorgesehen, wobei die Rippen 20 und 21 radial vom Schaftabschnitt 14 vorstehen und die Rippen 22 und 23 in Axialrichtung von dem Spitzenabschnitt 18 vorstehen. An sämtlichen Rippen sind voneinander beabstandete Zähne 24 vorgesehen, die in Axialrichtung des Bohrkopfes 12 weisen, die mit der Bohrrichtung X (Fig. 1) übereinstimmt.
Wie Fig. 1 zeigt, ist der gesamte Bohrkopf 12 einstückig ausgebildet. Der Bohrkopf 12 wie auch das Bohrrohr 10 bestehen aus Stahl.
Wie Fig. 1 ferner verdeutlicht, ist der Radius des Bohrrohres 10 kleiner als der größte Radius des Bohrkopfes 12, so dass beim Eindrehen des Erdverdrängungsbohrers in Bodenmaterial zwischen dem entstandenen Bohrkanal und dem Bohrrohr 10 ein Ringraum 30 entsteht. Fig. 1 verdeutlicht ferner, dass sowohl das im Bereich des Bohrkopfes 12 entstehende Bohrloch 32 wie auch der Ringkanal 30 mit einem Gemenge aus Bohrfluid und Partikeln des Bodenmaterials gefüllt sind. Das Bohrfluid wird über eine im Inneren des Bohrrohres 10 angeordnete Rohrleitung 34 in den Bereich des vordersten Endes des Bohrkopfes 12 geführt und tritt von dort über radiale Austrittskanäle 36 in das Bohrloch 32 aus. Das austretende Bohrfluid 38 vermengt sich mit Partikeln des Bodenmaterials und füllt das Bohrloch 32 wie auch den Bohrkanal 30.
Am Außenumfang des Bohrrohres 10 ist unmittelbar oberhalb des Bohrkopfes 12 ein Mischelement 40 vorgesehen, das sich in Längsrichtung X des Bohrrohres erstreckt und das radial nicht über den Bohrkopf 12 vorsteht, sondern sich radial nach außen etwa bis zum größten Radius des Bohrkopfes 12 erstreckt. Bei dem in den Fig. 1, 2 und 3a dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Mischelement 40 ein rinnenförmiges Bauteil, dessen Radius kleiner als derjenige des Bohrrohres 10 ist. Das Mischelement 40 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an den Außenmantel des Bohrrohres 10 geschweißt und an seiner Oberseite wie auch Unterseite geschlossen, so dass zwischen dem Mischelement 40 und dem Bohrrohr 10 ein geschlossenes Volumen eingeschlossen ist.
Fig. 3b zeigt eine weitere Ausführungsform eines Mischelementes 40'. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Mischelement 40' durch ein winkelförmiges Bauteil gebildet, dessen beide Schenkel gleich lang sind und einen Winkel von etwa 115° miteinander einschließen. Die Position des Mischelementes 40' an dem Bohrrohr 10 ist die gleiche wie die des Mischelementes 40.
Wie die Fig. 3a und 3b verdeutlichen, kann das erfindungsgemäße Mischelement entweder eine konvexe Außenmantelfläche aufweisen (Fig. 3a) oder das Mischelement kann zwei aufeinander zulaufende Außenflächen besitzen (Fig. 3b). In beiden Fällen besitzt das Mischelement an seiner Außenseite eine Fläche 42 bzw. 42', die annähernd tangential zu dem Außenmantel des Bohrrohres 10 verläuft, und die als Keilfläche dient, da sie mit der Wand des von dem Bohrkopf gebildeten Bohrkanals 30 einen sich verjüngenden Bereich 44 bildet. Durch diese Keilflächen wird bei einer Rotation des Erdverdrängungsbohrers das aus Bohrfluid und Bodenmaterial bestehende Gemenge einerseits im Ringraum 30 vermischt und andererseits in die Wand des Bohrkanals eingetragen, so dass diese stabilisiert wird, was nachfolgend näher beschrieben wird.
Zum Erstellen eines Bohrloches mit dem oben beschriebenen Erdverdrängungsbohrer wird dieser in Richtung X in den Boden abgesenkt und dabei in Pfeilrichtung gedreht (Fig. 2 und 3). Gleichzeitig wird Bohrfluid 38 durch eine (nicht dargestellte) Pumpanordnung durch die Rohrleitung 34 geführt, so dass dieses aus dem Austrittskanal 36 an der Spitze des Bohrkopfes 12 in das Bohrloch 32 austritt. Die Form des mit den Zähnen 24 versehenen Bohrkopfes 12 sorgt dafür, dass sich das Bohrfluid 38 bereits etwas mit Teilen des Bodenmaterials vermischt.
Bei weiter fortschreitendem Bohrvorgang füllt sich auch der Ringraum 30 oberhalb des Bohrkopfes 12, wobei in diesem Bereich das Mischelement 40 für eine innige Vermischung von Bohrfluid und Bodenmaterial sorgt. Gleichzeitig sorgt das Mischelement 40 dafür, dass das im Ringraum 30 befindliche Gemenge in die Wand des Bohrkanals eingepresst bzw. eingetragen wird, indem die Keilfläche 42 das im Bereich 44 befindliche Gemenge in die Wand des Bohrkanals einstreicht. Hierdurch werden die im umgebenden Bodenmaterial vorhandenen Poren 46 versiegelt und die Wand des Ringraums 30 bzw. des Bohrkanals wird sozusagen verputzt und dadurch versiegelt und stabilisiert. Insbesondere bei Verwendung entsprechender Zuschlagstoffe wird besonders gut erreicht, dass der Bohrkanal einen stabilisierten Wandabschnitt 48 aufweist, der gleichzeitig das umgebende Bodenmaterial versiegelt, so dass der Ringraum oberhalb des Bohrkopfes 12 mit Bohrfluid gefüllt bleibt, ohne dass dieses in den umgebenden Boden eindringt und versickert. Hierdurch ist einerseits sichergestellt, dass der Bohrkanal stabil bleibt und nicht zusammenfällt. Andererseits ist gewährleistet, dass die reibungsreduzierende Wirkung des Bohrfluides über die gesamte Länge des Bohrrohres aufrechterhalten bleibt, wodurch das zum Bohren erforderliche Drehmoment erheblich reduziert ist. Gleichzeitig kann die Wanddicke des Bohrrohres 12 innerhalb vernünftiger Grenzen bleiben.
Durch das Mischelement 40, 40' ist ferner eine gewisse Unwucht vorhanden, die dem Bohrer eine gewisse Schlingerbewegung auferlegt, die sich beim Bohren positiv auswirkt.
Insbesondere für größere Rohrdurchmesser können auch mehrere Mischelemente 40 bzw. 40' vorgesehen werden. Auch kann das Mischelement schräg am Außenumfang des Bohrrohres angeordnet werden. Weiterhin können sowohl Bohrrohr wie auch Mischelement auch aus Kunststoff bestehen. Auch kann das Mischelement in Axialrichtung gekrümmt oder geschwungen ausgebildet sein. Weiterhin ist es nicht unbedingt erforderlich, dass das Bohrfluid durch das Innere des Bohrkopfes in das Bohrloch 32 injiziert wird. Dies könnte auch durch den Ringraum 30 erfolgen.
Bezugszeichenliste
10
Bohrrohr
12
Bohrkopf
14
Schaftabschnitt
16
Schweißnaht
18
Spitzenabschnitt
2021,22,23
Rippen
24
Zähne
30
Ringraum
32
Bohrloch
34
Rohrleitung
36
Austrittskanal
38
Bohrfluid
40, 40'
Mischelement
42, 42'
Keilfläche
44
verjüngender Bereich
46
Poren
48
stabilisierter Wandabschnitt

Claims (15)

  1. Erdverdrängungsbohrer mit einem Bohrrohr (10) und einem an dessen Ende angeordneten Bohrkopf (12), wobei der Radius des Bohrrohres (10) geringer als der größte Radius des Bohrkopfes (12) ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    am Außenumfang des Bohrrohres (10) zumindest ein sich in dessen Längsrichtung (X) erstreckendes Mischelement (40, 40') vorgesehen ist.
  2. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mischelement (40, 40') radial nicht über den Bohrkopf (12) vorsteht und sich insbesondere radial nach außen etwa bis zum größten Radius des Bohrkopfes erstreckt.
  3. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mischelement (40, 40') unmittelbar oberhalb des Bohrkopfes (12) angeordnet ist.
  4. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mischelement (40, 40') zwischen sich und dem Bohrrohr (10) ein insbesondere geschlossenes Volumen einschließt.
  5. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mischelement (40, 40') im Längs- und oder Querschnitt symmetrisch ausgebildet ist.
  6. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mischelement (40, 40') zumindest eine Keilfläche (42, 42') aufweist, die im Querschnitt gesehen mit der Wand (48) eines von dem Bohrkopf gebildeten Bohrkanals einen sich verjüngenden Bereich (44) bildet.
  7. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mischelement (40) eine konvexe Außenfläche aufweist.
  8. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mischelement (40, 40') zumindest eine etwa tangential zu dem Bohrrohr (10) verlaufende Außenfläche aufweist.
  9. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine durch die Mittelachse (X) des Bohrrohres verlaufende Ebene mit der Längsachse des Mischelementes einen Winkel bildet.
  10. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Längserstreckung des Mischelementes (40, 40') etwa 150 - 250 % des Bohrrohrdurchmessers beträgt.
  11. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Bohrkopf (12) zumindest eine radial oder axial abstehende Rippe (20 - 23) aufweist, an deren Unterseite einzelne sich in Bohrrichtung (X) erstreckende Zähne (24) vorgesehen sind.
  12. Verfahren zum Erstellen eines Bohrloches mit einem Erdverdrängungsbohrer nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Erdverdrängungsbohrer in den Untergrund gebohrt wird, ein Bohrfluid in den zwischen Bohrloch und Bohrkanal entstehenden Ringraum eingebracht wird, und dieses Bohrfluid oberhalb des Bohrkopfes vermischt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bohrfluid zusätzlich in die Wand des Bohrkanals eingebracht, insbesondere eingepresst wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Bohrfluid eine härtbare Masse verwendet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bohrfluid durch das Bohrrohr und den Bohrkopf in das Bohrloch geleitet wird.
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