WO2015197828A1 - Verfahren und vorrichtung zur erstellung eines bohrlochs - Google Patents

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WO2015197828A1
WO2015197828A1 PCT/EP2015/064545 EP2015064545W WO2015197828A1 WO 2015197828 A1 WO2015197828 A1 WO 2015197828A1 EP 2015064545 W EP2015064545 W EP 2015064545W WO 2015197828 A1 WO2015197828 A1 WO 2015197828A1
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WO
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outer tube
borehole
drill
drill head
inner tube
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/064545
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rüdiger KÖGLER
Original Assignee
Kögler Rüdiger
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Application filed by Kögler Rüdiger filed Critical Kögler Rüdiger
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Classifications

    • 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
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/046—Directional drilling horizontal drilling
    • 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
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes

Definitions

  • the present invention relates to a method as well as usable devices for creating a borehole in a soil and for laying a pipeline in the borehole.
  • Such trenchless laying may be particularly useful where the surface in the laying area can not be navigated with heavy construction machinery (eg bogs, bodies of water) where, from an ecological point of view, no building permit can be granted (eg in nature reserves) and / or where Use of conventional laying techniques would be too expensive (eg in the crossing of waterways or railway lines).
  • heavy construction machinery eg bogs, bodies of water
  • no building permit eg in nature reserves
  • Use of conventional laying techniques would be too expensive (eg in the crossing of waterways or railway lines).
  • controlled horizontal boring technology Horizontal Directional Drilling ling, HDD
  • the HDD process is done in three steps. First, a controlled pilot hole is driven from the starting point to the target point of a hole. Then, in a single or several steps, this pilot bore is widened to a diameter as large as possible in "reverse gear" so that the pipeline intended for laying can then be drawn into the widened borehole in the final working step. backwards "from the destination to the starting point.
  • pipelines up to approx. 1,400 mm in diameter and lengths of up to approx. 4,000 m can be laid in relatively shallow depths (up to approx. 150 m). However, the two maximum values in terms of length and diameter can not be realized simultaneously; For technical reasons, the maximum lengths are still limited to diameters of up to approx.
  • the limitation of the currently achievable length in the known HDD method is that the drill string breaks or kinks under the applied force.
  • controllability of the drill head becomes worse with increasing length of the borehole. On the one hand, this limits the accuracy of even a single bore, and on the other hand, the deteriorated controllability limits the ability to maximize reach by having two opposing bores meeting each other.
  • controllability of the drill heads it is common in the prior art to create one of the holes in its maximum possible length (about 3 km) and the second hole - which is better controlled due to the shorter length - then in to steer in the first borehole.
  • the present invention has for its object to provide a method and thereby usable devices with which the exact creation of a well of more than 5 km in length and the laying of a pipeline is made possible in this well, with the largest part of the well horizontal in the near-surface area up to a maximum depth of approx. 250 m.
  • the invention provides a method of creating a wellbore in a soil and laying a pipeline in the wellbore, comprising the steps of: providing a drill bit, a drill bit driver, one or more controls, and one or more probes, providing an outer tube; with an inner tube received therein and thus at least indirectly connected thereto, wherein an intermediate space between the outer tube and inner tube is sealed with respect to the borehole, and wherein the outer tube is buoyed in drilling fluid introduced in the borehole, wherein the construction of the borehole and the laying of the pipeline comprise By driving the drill head and supplying drilling fluid to the drill head through the inner tube, whereby the drilling fluid is discharged outside the outer tube with accumulating soil material, advancing the outer tube by means of an external driving force acting on the outer tube from outside Controlling by the one or more controls based on position and / or position data, which are received by the one or more probes, wherein on the opposite side of the drill head, the inner tube and the outer tube via a feed clamp and in the region of the drill head
  • the invention also provides apparatus for establishing a wellbore in a well and for laying a wellbore in the wellbore, comprising: a wellhead, a drill bit driver, one or more controls, and one or more probes, means for sealing a gap therebetween an outdoor tube and an inner tube opposite the borehole, so that the outer tube can be buoyed by drilling fluid introduced in the borehole and the drilling fluid can be discharged outside the outer tube with accumulating soil material, and an advancing device capable of driving the outer tube by means of an axially acting and Furthermore, with a feed clamp, which is designed for connecting the inner tube and the outer tube on the opposite side of the drill head, so that via a via the inner tube via a drill bearing on the outer tube exerted axial force a tensile stress can be generated in the outer tube, which is directed opposite to a pressure acting on driving the outer tube compressive stress, or with a further feed device and a Bohrlager, the exerting an axial force on the inner tube to the drill head substantially without allow
  • the invention makes it possible to increase the laying reach, which is achieved, in particular, by using the kink-resistant outer tube for propulsion and supplementary relief of the outer tube by means of a tensile stress caused by the feed clamp or a separation of force on the outer tube and pressure force on the drill head ,
  • each of the buckling resistance of the outer tube and inner tube can be used separately and thus optimal.
  • the propulsive force on the outer tube and the pressure force on the drill head can be controlled independently of each other.
  • the essentially non-existent axial force exerted on the outer tube when exerting the propulsion force is achieved by coupling the outer tube and inner tube in such a way that no substantial axial force can be transmitted during the propulsion of the drill head ( z: B.
  • a displacement of drill head and outer tube to each other although it is not necessarily ruled out that on the outer tube a force to support the propulsion on the drill head or the inner tube can be exercised.
  • the non-exertion of the axial force characterized in that the external driving force acting on the outer tube and the force applied via the inner tube for the drill head propelling force are each set so that the outer tube and inner tube to each other substantially are power-free.
  • the coupling between inner tube and outer tube can be configured with a force sensor and / or a displacement sensor.
  • the force sensor allows the determination of a resulting force, so that the external propulsion force and the propulsion force can be controlled or regulated correspondingly via the inner tube to the drill head.
  • the displacement sensor can be used, wherein an axial relative movement can be used as an indicator for an undesired or unplanned power transmission.
  • the formation of the borehole is quasi-continuous, that is to say with substantially longer sections than is customary in the prior art in the HDD method (for example 500 to 1000 m length instead of 9 to 10 m length).
  • the invention preferably provides that the torque for the drill head is applied only by the drill motor, so that the inner tube itself is not rotated. Likewise, preferably no rotation of the outer tube takes place.
  • the buoyancy of the arrangement according to the invention in the borehole or in the drilling fluid is achieved in that the combination of appropriately sized inner tube and outer tube provides a cavity, which is preferably filled with air (other gases or fillings are also possible, if the desired buoyancy is achieved ).
  • a shaft can be provided between the (usually quite heavy) drilling motor and the drill head, with which the center of gravity of the head tube can be arranged further away from the drill head. This allows better control, otherwise the weight of the drill head would lead to a downward tendency.
  • the shaft has a smaller cross section compared to the drill motor so that more space for the probe (s) and control element (s) remains in the head tube near the drill head. The invention, with the use of the shaft, allows the drilling motor to be provided outside the control tube (i.e., in the outer tube).
  • Soil friction is dependent not only on material-specific factors (roughness), but also on the effective weight of the drill string in the borehole.
  • This effective weight (dead weight plus inner filling minus buoyancy), in turn, is primarily determined by the diameter and wall thickness of the drill string (drill string are made almost entirely of steel and thus all have the same specific weight).
  • a drill string can transmit more force as more steel per unit length is used.
  • more steel per unit length means a higher effective weight in the borehole and thus a higher soil friction. Due to this higher soil friction, the additional power reserve is thus more or less neutralized again.
  • the prior art produces about 100-150 N / m specific bottom friction in the borehole, with the drill pipes used having a diameter of about 170 mm and a wall thickness of about 10 mm.
  • Fluid friction is determined primarily by the specific parameters of the drilling fluid used. The “tougher" this drilling fluid is, the more friction is created in the contact between the drill string and the drilling fluid.
  • the poor controllability of long boreholes is due to the fact that the working direction of the drill head is achieved by targeted rotation of the drill string in a certain direction. Since there is up to 3 km between the drill head (to be turned in a certain direction) and the drill rig (which provides the required torque), the drill string is gradually twisted like a spring ("torsion bar") before turning on the drill head at all a torque arrives. With long lengths and high friction values, it can happen that the drill pipe has to be turned 15 times or even more often on the drilling rig, before a rotary movement arrives at the drilling head. However, this "spring” can also relax jerky, so that the drill head is completely torn out of the correct orientation. From a certain length (about over 2 km), it is therefore almost impossible to precisely adjust the working direction of the drill head (+/- a few degrees).
  • the technical approach is characterized in that the effective weight of the drillstring is minimized by working with a coaxial drill pipe, the annular space between the inner pipe and the outer pipe remaining air-filled. Since the outer tube is located in a borehole filled with drilling fluid, it experiences a significant buoyancy force (especially as the density of the drilling fluid is significantly higher than water, about 1.20 kg / l). This buoyancy force counteracts the self-weights of outer tube and inner tube and the filling of the inner tube (fresh drilling fluid with a density of about 1, 03 kg / l).
  • the resulting force can theoretically be set to zero. Although this will not be possible in practice, a force-resultant on the order of about 25-50 N / m is easily realizable (compared to 125-200 N / m in the prior art).
  • Another aspect of the solution according to the invention is in the form of an increase in the compressive force that can be transmitted by the drill string.
  • the maximum compressive force that can be transmitted through the drill string is calculated using the following formula:
  • W effective weight of the drill string per unit length (N / mm)
  • the modulus of elasticity is a material constant and can not be changed.
  • the borehole slope is set for a horizontal borehole and can in principle be ignored since the value for a horizontal borehole is 1.
  • the borehole overcut is to be optimized only to a small extent, as it is procedurally limited to a minimum value of about 1, 2 x outer diameter of the drill string.
  • the axial area moment of inertia is increased according to the invention.
  • Prior art heavy-duty drill pipe has an area moment of inertia of about 15 ⁇ 10 6
  • an outer pipe according to the invention has an area-of-inertia of the order of about 165 ⁇ 10 6 .
  • the overall efficiency in comparison of the transferable compressive force in conventional drill pipe and the outer tube according to the invention thereby increases significantly despite the reduction of the effective weight by increasing the moment of area moment.
  • the realizable compressive force is further increased by exerting pressure not only on the outer tube, but also on the inner tube.
  • the inner tube is internally filled with drilling fluid as described above and is located in the air-filled outer tube. As a result, it has a relatively high effective weight W, whereby the possible compressive force is positively influenced.
  • the solution according to the invention can approximately double the realizable compressive force and at the same time halve the occurring friction in the borehole. This results in a quadruple of the achievable individual bore length of about 3 km to about 12 km in length.
  • this variant is only possible if both drill heads are still exactly controllable according to their respective maximum borehole length. Otherwise, it would not be possible to merge the two drill holes in, for example, 200 m depth.
  • this technical requirement is met by the control of the drill heads is completely decoupled from a necessary rotation of the drill string. This is done, for example, by independent controls in the foremost part of the drill string. As a result, a negative influence of a twist of the drill string is completely excluded and the drill head control can be performed with maximum accuracy.
  • the measuring probe (which in principle can determine its own position in the ground) can be installed very close to the drill head (eg at a distance of about 1 m) so that a minimal error component is involved in the conversion from the probe position to the drill head position is reached.
  • the measuring probe is today exposed to about 10 to 12 m behind the drill head and the size of the error by interpolation over the large distance is considerable.
  • wired probes wired means optimum power supply and maximum data transfer rate
  • the cable is routed past the outside of the drill motor and thereby a probe position between the drill motor and the drill head becomes possible.
  • boreholes can thus be created in a length in the ground, as can not be achieved with the current state of the art. This means that with the present invention not only existing methods be optimized, but completely new application dimensions can be developed.
  • Fig. 1 Schematic flow chart of an embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 2 Schematic representation of an embodiment of the device according to the invention.
  • an outer tube, an inner tube with centerings and a cable are prefabricated.
  • the inner tube is welded together with centerings of individual pipe sections (of, for example, 12 m in length) fixed on it, to form longer sections (of, for example, 500 m in length).
  • the outer tube is welded together from individual tube sections (for example, 12 meters in length) into longer sections (e.g., 500 meters in length).
  • step Insert (102) the prefabricated inner tube with the attached centering and the attached cable is inserted into the outer tube.
  • This insertion (102) may be e.g. done by insertion or retraction.
  • the rear end of the inner tube is connected to a supply line for drilling fluid.
  • the front end of the inner tube is connected to a drill motor, wherein the drill motor is in turn connected to a drive shaft located in a control tube.
  • the drive shaft is centered in the head tube by means of centering and is also stored in a drill bearing in the head tube.
  • the drive shaft is connected to a drill head.
  • at least one measuring probe for determining the position of the head tube or of the drill head is located in the head tube.
  • the control tube has at least one control with which the working direction of the drill head can be controlled. The probe and the Control are connected to the cable.
  • the outer tube is connected to the head tube (eg by welding).
  • the drilling equipment assembled in the previous step is fed to a feed device.
  • This feed device can move the entire drilling equipment back and forth by applying axial force by means of frictional engagement from the outside to the outer tube.
  • step Create (105) the hole is created in the ground.
  • drilling fluid is pumped through the supply line, the inner tube, the drill motor, the drive shaft and the drill head and enters the drill hole at the drill head.
  • step advancing (107) of the outer tube by means of the feed device takes place.
  • steps of determining (108) the position of the drill bit in the ground by means of the probe and controlling (109) the course of the bore hole by means of the control take place.
  • the space between inner tube and outer tube is filled with air and the drill motor drives the drill head and the drilling fluid emerging from the drill head mixes with the soil released by the drill bit and then flows out of the drill hole between the drill hole wall and the outer tube.
  • the power supply and control of the control element and the power supply and data transmission of measured values of the measuring probe take place via the cable.
  • the step Extend (110) is provided if the length created during the prefabrication (101) does not yet correspond to the planned length of the borehole. In this case, all or selected steps of prefabrication (101), insertion (102), joining (103), and delivery (104) are repeated at least once.
  • a pipe is introduced by means of the feed device in the completed wellbore.
  • the advancement (107) is assisted by a feed clamp (13), wherein the feed clamp (13) prior to the advancement (107) via the inner tube (9), the drill motor (8) and the drive shaft (6) a compressive force on the Bohrlager (2) and thereby at the same time a tensile force in the outer tube (16) between the Bohrlager (2) and the feed device (10) is generated.
  • a widening of the borehole can be provided in a modification of this embodiment.
  • FIG. 2 shows the device according to the invention with reference to an exemplary embodiment.
  • the top part drawing in Fig. 2 shows the foremost part of the device according to the invention according to the embodiment in a borehole (15).
  • This part comprises in or in front of a control tube (17) a drill head (1), a drilling journal (2), a drive shaft (6) centered in centerings (5), three control elements (4) and two measuring probes (3).
  • the control elements (4) and the measuring probes (3) are supplied with energy and control signals via a cable (7).
  • the cable (7) serves to transmit the measured data of the measuring probes (3) to a control station (not shown).
  • Selective activation / deactivation of the control elements (4) controls the working direction of the drill head (1) and thus the course of the borehole (15) in the floor (14).
  • the actual control and operation of the controls are familiar to the expert, so that can be dispensed with a more detailed presentation here.
  • the cable (7) runs from the measuring probes (3) or control elements (4) to over-ground through the entire annular space between outer tube (16) and inner tube (9). At least one measuring probe (3) is positioned as close as possible to the drilling head (1) to optimize the measuring accuracy.
  • the drill bearing (2) is coupled to the control tube (17) and the drive shaft (6) and designed so that it axial forces from the control tube (17) on the drive shaft (6) and from the drive shaft (6) on the head tube (17) can transfer. At the same time, the borehole bearing (2) seals the borehole (15) with respect to the interior of the control tube (17).
  • the drive shaft (6) is connected on one side with a drill motor (8) and on the other side with the drill bearing (2). In addition, the drive shaft (6) by means of at least one centering (5) in the control tube (17) is centered.
  • the drive shaft (6) is hollow on the inside and thus suitable for the passage of drilling fluid.
  • the drill head (1) has at least one opening for the passage of drilling fluid and at least one tool for the mechanical release of soil (14). In the second part drawing of Fig. 2 are shown the borehole (15), a drilling motor (8), an outer tube (16) and the already described centerings (5) and the cable (7).
  • the drilling motor (8) is driven in a known manner by drilling fluid, is connected to the drive shaft (6) on the side facing the drill head (1) and is centered in the outer tube (16) by means of centerings (5).
  • the outer tube (16) is connected to the drill head (1) facing side with the head tube (17).
  • the inner tube (9) is centered in the outer tube (16) by means of the centerings (5).
  • the inner tube (9) is connected on its side facing the drill head (1) with the drill motor (8).
  • the outer tube (16) as well as the inner tube (9) are designed to receive and forward a force acting in their respective longitudinal axis.
  • the inner tube (9) is also designed for the passage of drilling fluid.
  • the feed clamp (13) has a non-positive and / or positive connection with the outer tube (16) located at the end of the outer tube (16), a non-positive and / or positive connection with the inner tube at the end of the inner tube (9) (9) and an axial force generating connection between the connection on the outer tube (16) and the connection on the inner tube (9).
  • the following steps are provided: prefabricating (101) an outer pipe (16) and a Inner tube (9), wherein around the inner tube (9) at least one centering (5) and at least one cable (7) are arranged, insertion (102) of the prefabricated inner tube (9) in the outer tube (16), connecting (103) of the Inner tube (9) on the rear side with a supply line (12) for drilling fluid and on the front side with a drill motor (8) and the outer tube (16) with a control tube (17), wherein the drill motor (8) with a in the Control shaft (17) located drive shaft (6) is connected and the drive shaft (6) in the control tube (17) by means of at least one centering centered (5), in at least one of the space between the inner tube (9) and outer tube (16) opposite the borehole ( 15) sealing drilling bearings (2) is mounted and connected to a drill head (1) and in the control tube (17) at least one measuring probe (3) and at
  • two boreholes A and B are created simultaneously with the bores A and B meeting in the ground (14) and then the boring head (1) of borehole A being retracted to the starting point of the borehole A and the boring head (1) of the borehole B is advanced through the borehole A to the starting point of the borehole A.
  • a widening of the borehole (15) takes place after the borehole (15) has been created and prior to introduction (11) of the pipeline to a larger diameter by means of a reamer, the reamer being driven by the boring motor (8 ) is driven via the drive shaft (6) and the tensile forces required for the expansion generated by the feed device (10) and transmitted via the outer tube (16) and the Bohrlager (2) on the reamer.
  • the device described above comprises a transmission arranged between drive shaft (6) and drill head (1), wherein the transmission reduces the rotational speed supplied by the drive shaft (6) to the transmission and the torque supplied by the drive shaft (6) to the transmission increased.

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Abstract

Zur Erstellung eines besonders langen Bohrlochs (15) im Boden (14) sowie zur Verlegung einer Rohrleitung in dem Bohrloch (15) werden ein Verfahren und dabei einsetzbare Vorrichtungen vorgeschlagen, wobei das Verfahren aus den Schritten Vorfertigen (101) eines Außenrohrs (16) und eines Innenrohrs (9), Einführen (102) des vorgefertigten Innenrohrs (9) in das Außenrohr (16), Verbinden (103) des Innenrohrs (9) auf der hinteren Seite mit einer Zuleitung (12) für Bohrflüssigkeit und auf der vorderen Seite mit einem Bohrmotor (8) und des Außenrohrs (16) mit einem Steuerrohr (17), Zuführen (104) der im vorhergehenden Schritt Verbinden (103) zusammengestellten Elemente zu einer Vorschubvorrichtung (10) dergestalt, dass die Vorschubvorrichtung (10) Axialkräfte von außen auf das Außenrohr (16) ausüben kann, Erstellen (105) des Bohrlochs (15) in dem Boden (14) durch Verpumpen (106) von Bohrflüssigkeit durch die Zuleitung (12), das Innenrohr (9), den Bohrmotor (8), die Antriebswelle (6) und den Bohrkopf (1) und Vorschieben (107) des Außenrohrs (16) mittels einer Vorschubvorrichtung (10) und Bestimmen (108) der Position des Bohrkopfs (1) im Boden (15) mittels der mindestens einen Messsonde (3) und Steuern (109) des Verlaufs des Bohrlochs (15) durch das mindestens eine Steuerelement (4), in Abhängigkeit von der durch das Erstellen (105) erzielten Länge des Bohrlochs (15) in dem Boden (14) optional Verlängern (110) des Innenrohrs (9), des Kabels (7) und des Außenrohrs (16), Einbringen (111) der Rohrleitung mittels der Vorschubvorrichtung (10) in das Bohrloch (14) besteht.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erstellung eines Bohrlochs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie dabei einsetzbare Vorrichtungen zur Erstellung eines Bohrlochs in einem Boden und zur Verlegung einer Rohrleitung in dem Bohrloch.
In der Vergangenheit wurden zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen entwickelt, um Rohrleitungen in Bohrlöchern im Boden zu verlegen und somit sensible Bereiche an der Geländeoberfläche zu unterqueren, für die eine Verlegung im offenen Rohrgraben aus beispielsweise technischen, ökologischen, rechtlichen und/oder wirtschaftlichen Gründen nicht möglich oder erwünscht ist.
Eine solche grabenlose Verlegung kann insbesondere dort sinnvoll sein, wo die Oberflä- che im Verlegungsbereich mit schweren Baumaschinen nicht befahren werden kann (z.B. Moore, Gewässer), wo aus ökologischer Sicht keine Baugenehmigung erteilt werden kann (z.B. in Naturschutzgebieten) und/oder wo der Einsatz konventioneller Verlegetechniken zu teuer wäre (z.B. bei der Querung von Gewässern oder Eisenbahnlinien). Unter den bekannten grabenlosen Rohrverlegetechniken, die heute zu Tage eingesetzt werden, repräsentiert die gesteuerte Horizontalbohrtechnik (Horizontal Directional Dril- ling, HDD) im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren den aktuellen Stand der Technik.
Beim HDD-Verfahren wird in drei Arbeitsschritten vorgegangen. Zunächst wird eine gesteuerte Pilotbohrung vom Startpunkt zum Zielpunkt einer Bohrung aufgefahren. So- dann wird diese Pilotbohrung quasi im„Rückwärtsgang" in einem oder mehreren Schritten auf einen so großen Durchmesser aufgeweitet, dass die für die Verlegung vorgesehene Rohrleitung im letzten Arbeitsschritt dann in das aufgeweitete Bohrloch eingezogen werden kann. Das Einziehen erfolgt in der Regel ebenfalls„rückwärts" vom Ziel- zum Startpunkt. Mit dem HDD-Verfahren können Rohrleitungen bis ca. 1.400 mm Durchmesser und in Längen bis etwa 4.000 m in relativ geringen Tiefen (bis ca. 150 m) verlegt werden. Die beiden Maximalwerte hinsichtlich Länge und Durchmesser können jedoch nicht gleichzeitig realisiert werden; die maximalen Längen sind heute aus technischen Gründen noch auf Durchmesser bis ca. 800 mm beschränkt. In den letzten Jahren hat sich in der Industrie ein großes Interesse entwickelt, Rohrleitungen über größere Längen (z.B. von ca. 5 bis 15 km) grabenlos in einem Bohrloch zu verlegen. Diese Nachfrage entstand unter anderem auf Grund von Rohrleitungstrassen durch besonders schwierige, ausgedehnte Topographien (z.B. Sumpfgebiete) oder durch besonders schützenwerte Gebiete (z.B. Regenwälder) oder in besonders sabotagege- fährdeten Gegenden.
Diese Anforderungen kann die bestehende Technik jedoch nicht erfüllen, da ihre Längenbegrenzung auf einen Wert unter 5 km es zurzeit unmöglich macht, die beschriebenen Projekte zu realisieren.
Die Begrenzung für die derzeit erreichbare Länge beim bekannten HDD-Verfahren zeigt sich darin, dass das Bohrgestänge unter der einwirkenden Kraft bricht oder knickt.
Hinzukommt, dass die Steuerbarkeit des Bohrkopfes mit zunehmender Länge des Bohrlochs schlechter wird. Einerseits begrenzt dies die Genauigkeit auch nur einer einzigen Bohrung und andererseits limitiert die schlechter werdende Steuerbarkeit die Möglichkeit, durch zwei einander entgegengerichtete Bohrungen, die einander treffen, eine Maximie- rung der Reichweite zu erhalten. Aus verfahrenstechnischen Gründen (Steuerbarkeit der Bohrköpfe) ist es nach dem Stand der Technik dazu üblich, eines der Bohrlöcher in seiner maximal möglichen Länge zu erstellen (ca. 3 km) und das zweite Bohrloch - welches aufgrund der kürzeren Länge besser steuerbar ist - dann in das erste Bohrloch hineinzusteuern. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren sowie dabei einsetzbare Vorrichtungen zu schaffen, mit denen die exakte Erstellung eines Bohrlochs von mehr als 5 km Länge und die Verlegung einer Rohrleitung in diesem Bohrloch ermöglicht wird, wobei der größte Teil des Bohrlochs horizontal im oberflächennahen Bereich bis maximal ca. 250 m Tiefe verläuft. Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Erstellung eines Bohrlochs in einem Boden und zur Verlegung einer Rohrleitung in dem Bohrloch vor, mit den Schritten: Vorsehen eines Bohrkopfes, eines Antriebs für den Bohrkopf, eines oder mehrerer Steuerelemente und einer oder mehrerer Messsonden, Vorsehen eines Außenrohrs, mit einem darin aufgenommen und damit zumindest mittelbar verbundenem Innenrohr, wobei ein Zwischen- räum zwischen Außenrohr und Innenrohr gegenüber dem Bohrloch abgedichtet ist und wobei das Außenrohr in in dem Bohrloch eingebrachter Bohrflüssigkeit einen Auftrieb erfährt, wobei die Erstellung des Bohrlochs und die Verlegung der Rohrleitung umfassen: Antreiben des Bohrkopfes und Zuführen von Bohrflüssigkeit zum Bohrkopf durch das Innenrohr, wobei die Bohrflüssigkeit mit anfallendem Bodenmaterial außerhalb des Au- ßenrohrs abgeführt wird, Vortreiben des Außenrohrs mittels einer axial wirkenden und von außen auf das Außenrohr wirkenden Außenvortriebskraft unter Steuerung mittels des einen oder der mehreren Steuerelemente auf Basis von Positions- und/oder Lagedaten, die durch die eine oder die mehreren Messsonden aufgenommen werden, wobei auf der dem Bohrkopf gegenüberliegenden Seite das Innenrohr und das Außenrohr über eine Vorschubklemme und im Bereich des Bohrkopfes über ein Bohrlager verbunden sind, über die über das Innenrohr auf das Außenrohr ausgeübte axiale Kraft eine Zugspannung im Außenrohr erzeugt wird, die einer bei Vortreiben des Außenrohrs wirkenden Druckspannung entgegensetzt gerichtet ist, oder wobei beim Ausüben einer Vortriebskraft auf den Bohrkopf über das Innenrohr im Wesentlichen keine axiale Kraft vom Innenrohr auf das Außenrohr ausgeübt wird.
Die Erfindung sieht auch eine Vorrichtung zum Erstellen eines Bohrlochs in einem Boden und zur Verlegung einer Rohrleitung in dem Bohrloch vor, mit: einem Bohrkopf, einem Antrieb für den Bohrkopf, einem oder mehreren Steuerelementen und einer oder mehrerer Messsonden, Mitteln zum Abdichten eines Zwischenraums zwischen einem Außen- rohr und einem Innenrohr gegenüber dem Bohrloch, so dass das Außenrohr in in dem Bohrloch eingebrachter Bohrflüssigkeit einen Auftrieb erfahren kann und die Bohrflüssigkeit mit anfallendem Bodenmaterial außerhalb des Außenrohrs abgeführt werden kann, und einer Vorschubvorrichtung, die zum Vortreiben des Außenrohrs mittels einer axial wirkenden und von außen auf das Außenrohr wirkenden Außenvortriebskraft ausgestaltet ist, ferner mit einer Vorschubklemme, die für ein Verbinden des Innenrohrs und des Außenrohrs auf der dem Bohrkopf gegenüberliegenden Seite ausgestaltet ist, so dass über eine über das Innenrohr über ein Bohrlager auf das Außenrohr ausgeübte axiale Kraft eine Zugspannung im Außenrohr erzeugt werden kann, die einer bei Vortreiben des Außenrohrs wirkenden Druckspannung entgegensetzt gerichtet ist, oder mit einer weiteren Vorschubvorrichtung und einem Bohrlager, die ein Ausüben einer axialen Kraft über das Innenrohr auf den Bohrkopf im Wesentlichen ohne axiale Kraftwirkung auf das Außenrohr erlauben.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind insbesondere in den abhängigen An- Sprüchen definiert.
Die Erfindung erlaubt eine Steigerung der Verlege-Reichweite, die insbesondere durch eine Nutzung des knickbeständigeren Außenrohrs zum Vortrieb und eine ergänzende Entlastung des Außenrohrs durch eine über die Vorschubklemme bewirkte Zugspannung oder eine Trennung von Kraftwirkung auf das Außenrohr und Andruckkraft auf den Bohr- köpf erreicht wird.
Werden die Kraftwirkung auf das Außenrohr (zum Vorschieben des Außenrohr) und die Kraftwirkung auf den Bohrkopf (Andruckkraft auf den Bohrkopf) voneinander getrennt, können jeweils die Knickbeständigkeiten von Außenrohr und Innenrohr separat und damit optimal genutzt werden. Hier kommt noch hinzu, dass die Vortriebskraft auf das Außen- rohr und die Andruckkraft auf den Bohrkopf unabhängig voneinander gesteuert werden können.
Es kann hierbei vorgesehen sein, dass die im Wesentlichen nicht vorhanden axiale Kraftausübung auf das Außenrohr beim Ausüben der Vortriebskraft dadurch erreicht wird, dass Außenrohr und Innenrohr in einer Weise miteinander gekoppelt sind, dass beim Vortrieb des Bohrkopfes schon keine wesentliche axiale Kraft übertragen werden kann (z:B. durch eine Verschiebbarkeit von Bohrkopf und Außenrohr zueinander), wobei allerdings nicht notwendig ausgeschlossen ist, dass über das Außenrohr eine Kraft zur Unterstützung des Vortriebs auf den Bohrkopf bzw. das Innenrohr ausgeübt werden kann. Es ist allerdings ebenso möglich, beim Vortrieb des Bohrkopfes die Nicht-Ausübung der axialen Kraft dadurch zu erreichen, dass die auf das Außenrohr wirkende Außenvortriebskraft und die über das Innenrohr für den Bohrkopf aufgebrachte Vortriebskraft jeweils so eingestellt sind, dass Außenrohr und Innenrohr zueinander im Wesentlichen kraftfrei sind.
Zur Unterstützung dieser Steuerung zur Kraft-Freiheit kann die Kopplung zwischen Innenrohr und Außenrohr (insbesondere im Bereich des Bohrkopfes) mit einem Kraft-Sensor und/oder einem Weg-Sensor ausgestaltet sein. Der Kraft-Sensor erlaubt hierbei die Bestimmung einer resultierenden Kraft, so dass die Außenvortriebskraft und die Vor- triebskraft über das Innenrohr auf den Bohrkopf entsprechend gesteuert bzw. geregelt werden können. Bei einer axialen Beweglichkeit zwischen Bohrkopf und Außenrohr in Längsrichtung kann alternativ oder ergänzend der Weg-Sensor genutzt werden, wobei eine axiale Relativbewegung als Indikator für eine unerwünschte oder ungeplante Kraftübertragung genutzt werden kann. Bevorzugt erfolgt das Erstellen des Bohrlochs quasi-kontinuierlich, also mit wesentlich längeren Sektionen als dies im Stand der Technik beim HDD-Verfahren üblich ist (z.B. 500 bis 1000 m Länge anstelle von 9 bis 10 m Länge).
Die Erfindung sieht bevorzugt vor, dass das Drehmoment für den Bohrkopf nur durch den Bohrmotor aufgebracht wird, das Innenrohr selbst also nicht gedreht wird. Ebenso erfolgt vorzugsweise keine Rotation des Außenrohrs.
Der Auftrieb der erfindungsgemäßen Anordnung im Bohrloch bzw. in der Bohrflüssigkeit wird dadurch erreicht, dass die Kombination von entsprechend dimensioniertem Innenrohr und Außenrohr einen Hohlraum vorsieht, der vorzugsweise mit Luft gefüllt ist (andere Gase oder Füllungen sind ebenfalls möglich, sofern der gewünschte Auftrieb erreicht wird).
Insbesondere angesichts der nicht vorgesehen Rotation von Innen- und Außenrohr kann der dazwischen gebildete Hohlraum in vorteilhafter Weise zur Aufnahme eines oder mehrerer Kabel zur Verbindung zwischen Übertage und Steuerrohr (insb. Messsonde und Steuerelemente) genutzt werden. Der Antrieb für den Bohrkopf muss nicht notwendigerweise über einen über die Bohrflüssigkeit angetriebenen Bohrmotor erfolgen. Alternativ oder ergänzend ist auch eine elektrische, hydraulische, pneumatische oder sonstige Variante möglich.
Vorteilhafterweise kann zwischen dem (normalerweise recht schweren) Bohrmotor und dem Bohrkopf eine Welle vorgesehen sein, mit der der Schwerpunkt des Steuerrohrs vom Bohrkopf weiter entfernt angeordnet werden kann. Dies erlaubt eine bessere Steuerung, da ansonsten das Gewicht des Bohrkopfs zu einer Tendenz nach unten führen würde. Hinzu kommt, dass die Welle einen im Vergleich zum Bohrmotor geringeren Querschnitt aufweist, so dass im Steuerrohr in der Nähe des Bohrkopfes mehr Platz für die Messsonde(n) und das/die Steuerelement(e) bleibt. Die Erfindung erlaubt mit der Verwendung der Welle, den Bohrmotor außerhalb des Steuerrohrs (d.h. im Außenrohr) vorzusehen.
Gründe für die Längenbegrenzung bei Verfahren nach dem Stand der Technik sind insbesondere darin zu sehen, dass das relativ dünne Bohrgestänge ab einer bestimmten Länge des Bohrlochs nicht mehr genügend Vorschubkraft übertragen kann, um sowohl die im Bohrloch auftretende Reibung zu überwinden als auch die für den Andruck des Bohrkopfs erforderliche Kraft bereitzustellen. Im Ergebnis bricht oder knickt dann das Bohrgestänge und das Bohrloch ist in der Regel verloren.
Bei der Reibung im Bohrloch kann unterschieden werden zwischen der Reibung zwi- sehen Bohrgestänge und Bohrlochwand (Bodenreibung) sowie der Reibung zwischen Bohrgestänge und der umgebenden Bohrflüssigkeit im Bohrloch (Flüssigkeitsreibung).
Die Bodenreibung ist neben materialspezifischen Faktoren (Rauigkeit) besonders vom effektiven Gewicht des Bohrgestänges im Bohrloch abhängig. Dieses effektive Gewicht (Eigengewicht plus Innenfüllung minus Auftrieb) wiederum wird in erster Linie von Durchmesser und Wandstärke des Bohrgestänges bestimmt (Bohrgestänge werden fast ausschließlich aus Stahl gefertigt und haben damit alle das gleiche spezifische Gewicht). Vereinfacht gesagt kann ein Bohrgestänge umso mehr Kraft übertragen, je mehr Stahl pro Längeneinheit verwendet wird. Mehr Stahl je Längeneinheit bedeutet jedoch gleichzeitig ein höheres effektives Gewicht im Bohrloch und damit eine höhere Bodenreibung. Durch diese höhere Bodenreibung wird die zusätzliche Kraftreserve somit wieder mehr oder weniger stark neutralisiert. Nach dem Stand der Technik entsteht etwa 100 - 150 N/m spezifische Bodenreibung im Bohrloch, wobei die eingesetzten Bohrgestänge etwa einen Durchmesser von 170 mm und eine Wandstärke von etwa 10 mm aufweisen.
Die Flüssigkeitsreibung wird in erster Linie von den spezifischen Parametern der einge- setzten Bohrflüssigkeit bestimmt. Je "zäher" diese Bohrflüssigkeit ist, desto mehr Reibung entsteht im Kontakt zwischen Bohrgestänge und Bohrflüssigkeit.
Nach dem Stand der Technik entstehen etwa 25 - 50 N/m spezifische Flüssigkeitsreibung im Bohrloch, bei Bohrgestängedimensionen wie oben beschrieben.
In der Summe entstehen somit etwa 125 - 200 N/m Reibung im Bohrloch, was pro Bohrki- lometer etwa einer erforderlichen Vorschubkraft von 125 - 200 kN entspricht. Hinzu kommt die erforderliche Andruckkraft für den Bohrkopf (etwa 100 - 150 kN), so dass für ein 3 km langes Bohrloch eine Gesamtkraft von ca. 475 - 750 kN benötigt wird. Diese Gesamtkraft kann von den verfügbaren Bohrgestängen nur noch im Ausnahmefall als Druckkraft übertragen werden. Eine Übertragung von gleich großen bzw. noch größeren Zugkräften ist demgegenüber mit dem beschriebenen Bohrgestänge problemlos möglich.
Tatsächlich können nach dem Stand der Technik heute zu Tage nur Horizontalbohrungen im oberflächennahen Bereich erstellt werden, die maximal etwa 3 km lang sind. Die oben genannten Maximallängen von ca. 4 km können heute nur erreicht werden, in dem von zwei Seiten gebohrt wird und dann die beiden Bohrungen im Boden ineinander geführt und damit verbunden werden.
Die schlechte Steuerbarkeit bei langen Bohrlöchern ist dadurch begründet, dass die Arbeitsrichtung des Bohrkopfs durch gezieltes Drehen des Bohrgestänges in eine bestimmte Richtung erreicht wird. Da zwischen Bohrkopf (der in eine bestimmte Richtung gedreht werden soll) und Bohranlage (die das erforderliche Drehmoment aufbringt) bis zu 3 km liegen, wird das Bohrgestänge beim Drehen wie eine Feder ("Drehstabfeder") nach und nach aufgedrillt, bevor am Bohrkopf überhaupt ein Drehmoment ankommt. Bei großen Längen und großen Reibungswerten kann es durchaus vorkommen, dass an der Bohranlage das Bohrgestänge 15-mal oder noch öfter gedreht werden muss, bevor am Bohrkopf überhaupt eine Drehbewegung ankommt. Diese "Feder" kann sich jedoch auch ruckartig wieder entspannen, so dass der Bohrkopf völlig aus der richtigen Orientierung gerissen wird. Ab einer bestimmten Länge (etwa über 2 km) ist es deshalb fast unmöglich, die Arbeitsrichtung des Bohrkopfes exakt einzustellen (+/- wenige Grad).
Somit können als wesentliche Nachteile des Stands der Technik die Längenbegrenzung auf Grund von Bohrlochreibung und die schlechte Steuerbarkeit der Bohrköpfe bei gro- ßen Bohrungslängen auf Grund der Verdrillung des Bohrgestänges angesehen werden.
Hinsichtlich der Bohrlochreibung ist der technische Lösungsansatz dadurch gekennzeichnet, dass das effektive Gewicht des Bohrstrangs minimiert wird, indem mit einem koaxialen Bohrgestänge gearbeitet wird, wobei der Ringraum zwischen Innenrohr und Außenrohr luftgefüllt bleibt. Da sich das Außenrohr in einem mit Bohrflüssigkeit gefüllten Bohrloch befindet, erfährt es eine erhebliche Auftriebskraft (zumal die Dichte der Bohrflüssigkeit deutlich höher als Wasser ist, etwa 1 ,20 kg/l). Dieser Auftriebskraft wirken entgegen die Eigengewichte von Außenrohr und Innenrohr sowie die Füllung des Innenrohrs (frische Bohrspülung mit einer Dichte von ca. 1 ,03 kg/l).
Bei geeigneter Dimensionierung von Außenrohr und Innenrohr sowie bei entsprechender Konditionierung der Bohrflüssigkeit im Bohrloch kann die resultierende Kraft theoretisch auf null eingestellt werden. In der Praxis wird dies zwar nicht möglich sein, eine Kraftresultierende in der Größenordnung von etwa 25 - 50 N/m ist jedoch problemlos realisierbar (gegenüber 125 - 200 N/m beim Stand der Technik).
Dieser technische Vorteil bringt jedoch auch einen gewissen technischen Nachteil mit sich, da die Oberfläche des Außenrohrs deutlich größer ist als diejenige des heute üblichen Bohrgestänges. Hier ist bei gleichen rheologischen Bedingungen der Bohrflüssigkeit mit einer Zunahme der spezifischen Oberflächenreibung auf 50 - 100 N/m zu rechnen (gegenüber 25 - 50 N/m nach dem Stand der Technik).
In der Summe ergibt sich somit eine Gesamtreibung in der Größenordnung von etwa 75 - 150 N/m (gegenüber 125 - 200 N/m nach dem Stand der Technik). Dies bedeutet einen Rückgang der im Bohrloch auftretenden Reibung um etwa 25 - 50%.
An dieser Stelle setzt ein weiterer Aspekt der erfindungsgemäßen Lösung in Form einer Erhöhung der vom Bohrstrang übertragbaren Druckkraft an. In Bohrlöchern wird die maximal über Bohrgestänge übertragbare Druckkraft nach folgender Formel berechnet:
Fmax = 2,8 * (E * l * W * sin a / r)1 mit
Fmax = maximal übertragbare Druckkraft (N)
E = Elastizitätsmodul (für Stahl: 206.000 N/mm2)
I = Axiales Flächenträgheitsmoment (mm4)
W = effektives Gewicht des Bohrstrangs pro Längeneinheit (N/mm)
α = Neigungswinkel des Bohrlochs (horizontal = 90° => sin 90° = 1 )
r = Bohrlochüberschnitt (mm)
Das Elastizitätsmodul ist eine Materialkonstante und kann nicht verändert werden. Auch die Bohrlochneigung ist für ein horizontales Bohrloch festgelegt und kann im Prinzip ignoriert werden, da der Wert für ein horizontales Bohrloch 1 ist. Ebenso ist der Bohrlochüberschnitt nur in geringem Umfang zu optimieren, da er verfahrenstechnisch auf einen minimalen Wert von ca. 1 ,2 x Außendurchmesser des Bohrstrangs begrenzt ist.
Hinsichtlich des effektiven Gewichts des Bohrstrangs ist anzumerken, dass dieses im Prinzip die maximal übertragbare Druckkraft erhöht, je größer das effektive Gewicht ist. Im Gegenzug vergrößert sich dadurch aber auch wieder die Reibung im Bohrloch (s.o.), was vermieden werden soll.
Um die oben beschriebene, gewünschte Reduzierung des effektiven Gewichts kompensieren zu können, wird erfindungsgemäß das axiale Flächenträgheitsmoment vergrößert.
Schweres Bohrgestänge nach dem Stand der Technik weist ein Flächenträgheitsmoment von etwa 15 * 106 auf, während ein erfindungsgemäßes Außenrohr ein Flächenträgheitsmoment in der Größenordnung von etwa 165 * 106 aufweist. Der Gesamtwirkungsgrad im Vergleich der übertragbaren Druckkraft bei herkömmlichem Bohrgestänge und dem erfindungsgemäßen Außenrohr steigt dadurch trotz der Reduzierung des effektiven Gewichts durch die Vergrößerung des Flächenträgheitsmoments deutlich an. Erfindungsgemäß wird die realisierbare Druckkraft weiter gesteigert, indem nicht nur auf das Außenrohr Druckkraft ausgeübt wird, sondern auch auf das Innenrohr. Das Innenrohr wiederum ist wie beschrieben innen mit Bohrflüssigkeit gefüllt und befindet sich dabei im luftgefüllten Außenrohr. Dadurch weist es ein relativ hohes effektives Gewicht W auf, wodurch die mögliche Druckkraft positiv beeinflusst wird. Da zwischen Außenrohr und Innenrohr erfindungsgemäß keine Relativbewegung stattfindet, entsteht hier auch keine Reibung. In der Gesamtbetrachtung kann die erfindungsgemäße Lösung die realisierbare Druckkraft etwa verdoppeln und gleichzeitig die auftretende Reibung im Bohrloch halbieren. Somit ergibt sich etwa eine Vervierfachung der erreichbaren individuellen Bohrungslänge von etwa 3 km auf etwa 12 km Länge. Unter Nutzung der Variante mit zwei Bohrlöchern (die sich etwa in der Mitte treffen), können somit theoretisch Bohrlochlängen von fast 25 km Länge erreicht werden (gegenüber 4 km heute). Diese Variante ist jedoch nur möglich, wenn beide Bohrköpfe nach ihrer jeweiligen maximalen Bohrlochlänge immer noch exakt steuerbar sind. Andernfalls wäre ein Zusammenführen der beiden Bohrlöcher in z.B. 200 m Tiefe nicht möglich. Erfindungsgemäß wird diese technische Forderung erfüllt, indem die Steuerung der Bohrköpfe komplett von einer notwendigen Rotation des Bohrgestänges entkoppelt wird. Dies geschieht beispielsweise durch unabhängige Steuerelemente im vordersten Teil des Bohrstrangs. Dadurch wird ein negativer Einfluss einer Verdrillung des Bohrstrangs komplett ausgeschlossen und die Bohrkopfsteuerung kann mit maximaler Genauigkeit ausgeführt werden.
Zusätzlich kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, die Messsonde (die im Prinzip ihre eigene Position im Boden bestimmen kann), sehr nahe am Bohrkopf (z.B. in ca. 1 m Entfernung) zu installieren, so dass bei der Umrechnung von der Messsondenposition zur Bohrkopfposition eine minimale Fehlerkomponente erreicht wird. Nach dem Stand der Technik befindet sich die Messsonde heute zu Tage etwa 10 - 12 m hinter dem Bohrkopf und die Fehlergröße durch Interpolation über den großen Abstand ist erheblich.
Der große Abstand zwischen Messsonde und Bohrkopf ist heute zu Tage dadurch bedingt, dass kabelgebundene Messsonden (kabelgebunden bedeutet optimale Energieversorgung und maximale Datenübertragungsrate) immer oberhalb des Bohrmotors angebracht werden müssen, da durch den rotierenden Bohrmotor keine Kabel geführt werden können. Im erfindungsgemäßen Fall ist es jedoch so, dass das Kabel außen an dem Bohrmotor vorbei geführt wird und dadurch eine Messsondenposition zwischen Bohrmotor und Bohrkopf möglich wird.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung können somit Bohrlöcher in einer Länge im Boden erstellt werden, wie sie mit dem heutigen Stand der Technik nicht erreicht werden können. Dies bedeutet, dass mit der vorliegenden Erfindung nicht nur bestehende Verfahren optimiert werden, sondern völlig neue Anwendungsdimensionen erschlossen werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie dabei einsetzbare Vorrichtungen werden anhand von Zeichnungen dargestellt und nachfolgend erläutert, wobei die dort gezeigten Merkmale beispielhaften Charakter aufweisen.
Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 : Schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Figur 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft an Hand eines schematischen Ablaufdiagramms dargestellt.
Im Schritt Vorfertigung (101 ) werden ein Außenrohr, ein Innenrohr mit Zentrierungen und ein Kabel vorgefertigt. Dabei wird das Innenrohr mit darauf fixierten Zentrierungen aus einzelnen Rohrschüssen (von z.B. jeweils 12 m Länge) zu längeren Sektionen (von z.B. 500 m Länge) zusammengeschweißt. Ebenso wird das Außenrohr aus einzelnen Rohrschüssen (von z.B. 12 m Länge) zu längeren Sektionen (von z.B. 500 m Länge) zusammengeschweißt.
Im Schritt Einführen (102) wird das vorgefertigte Innenrohr mit den daran befestigten Zentrierungen sowie dem daran befestigten Kabel in das Außenrohr eingeführt. Dieses Einführen (102) kann z.B. durch Einschieben oder Einziehen geschehen.
Im Schritt Verbinden (103) wird das hintere Ende des Innenrohrs mit einer Zuleitung für Bohrflüssigkeit verbunden. Das vordere Ende des Innenrohrs wird mit einem Bohrmotor verbunden, wobei der Bohrmotor wiederum mit einer in einem Steuerrohr befindlichen Antriebswelle verbunden ist. Die Antriebswelle wird im Steuerrohr mittels Zentrierungen zentriert und ist außerdem in einem Bohrlager im Steuerrohr gelagert. An ihrem vorderen Ende ist die Antriebswelle mit einem Bohrkopf verbunden. Zusätzlich befindet sich im Steuerrohr mindestens eine Messsonde zur Positionsbestimmung des Steuerrohrs bzw. des Bohrkopfs. Außerdem weist das Steuerrohr mindestens ein Steuerelement auf, mit dem die Arbeitsrichtung des Bohrkopfes gesteuert werden kann. Die Messsonde und das Steuerelement werden mit dem Kabel verbunden. Abschließend wird das Außenrohr mit dem Steuerrohr verbunden (z.B. durch Verschweißen).
Im Schritt Koppeln (104) wird die im vorherigen Schritt zusammengestellte Bohrausrüstung einer Vorschubvorrichtung zugeführt. Diese Vorschubvorrichtung kann durch Auf- bringen von Axialkraft mittels Reibschluss von außen auf das Außenrohr die gesamte Bohrausrüstung vor und zurück bewegen.
Im Schritt Erstellen (105) wird das Bohrloch im Boden erstellt. Dazu wird zunächst durch den Schritt Verpumpen (106) Bohrflüssigkeit durch die Zuleitung, das Innenrohr, den Bohrmotor, die Antriebswelle und den Bohrkopf gepumpt und tritt am Bohrkopf ins Bohr- loch. Gleichzeitig findet der Schritt Vorschieben (107) des Außenrohrs mittels der Vorschubvorrichtung statt. Ebenfalls gleichzeitig finden die Schritte Bestimmen (108) der Position des Bohrkopfs im Boden mittels der Messsonde sowie Steuern (109) des Verlaufs des Bohrlochs mittels des Steuerelements statt. Der Raum zwischen Innenrohr und Außenrohr ist luftgefüllt und der Bohrmotor treibt den Bohrkopf an und die am Bohrkopf austretende Bohrflüssigkeit vermischt sich mit dem vom Bohrkopf gelösten Boden und fließt anschließend zwischen Bohrlochwand und Außenrohr aus dem Bohrloch heraus. Die Energieversorgung und Steuerung des Steuerelements und die Energieversorgung und Datenübertragung von Messwerten der Messsonde erfolgen über das Kabel.
Optional ist der Schritt Verlängern (1 10) vorgesehen, wenn die im Rahmen der Vorferti- gung (101 ) erstellte Länge noch nicht der geplanten Länge des Bohrlochs entspricht. In diesem Fall werden alle oder ausgewählte Schritte der Vorfertigung (101 ), des Einführens (102), des Verbindens (103) und des Zuführens (104) mindestens einmal wiederholt.
Im letzten Verfahrensschritt Einbringen (1 1 1 ) wird eine Rohrleitung mittels der Vorschubvorrichtung in das fertig gestellte Bohrloch eingebracht. Das Vorschieben (107) wird durch eine Vorschubklemme (13) unterstützt, wobei die Vorschubklemme (13) vor Beginn des Vorschiebens (107) über das Innenrohr (9), den Bohrmotor (8) und die Antriebswelle (6) eine Druckkraft auf das Bohrlager (2) aufbringt und dadurch gleichzeitig eine Zugkraft in dem Außenrohr (16) zwischen dem Bohrlager (2) und der Vorschubvorrichtung (10) erzeugt wird. Ergänzend kann in einer Modifikation dieses Ausführungsbeispiels ein Aufweiten des Bohrlochs vorgesehen sein. Es ist zudem möglich - insbesondere wenn das Innenrohr mit den Zentrierungen aus dem Außenrohr vollständig entfernt werden kann - die zu verlegende Rohrleitung selbst als Außenrohr zu nutzen, so dass dann der Schritt des gesonderten Einbringens (1 1 1 ) der Rohrleitung in das Bohrloch nicht mehr anfällt. In Figur 2 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung an Hand eines Ausführungsbeispiels dargestellt.
Die oberste Teilzeichnung in Fig. 2 zeigt den vordersten Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel in einem Bohrloch (15). Dieser Teil umfasst in bzw. vor einem Steuerrohr (17) einen Bohrkopf (1 ), ein Bohrlager (2), eine in Zentrierun- gen (5) zentrierte Antriebswelle (6), drei Steuerelemente (4) sowie zwei Messsonden (3). Die Steuerelemente (4) und die Messsonden (3) werden über ein Kabel (7) mit Energie und Steuersignalen versorgt. Gleichzeitig dient das Kabel (7) der Übermittlung der Messdaten der Messsonden (3) zu einem Steuerstand (nicht dargestellt). Über eine gezielte Aktivierung / Deaktivierung der Steuerelemente (4) wird die Arbeitsrichtung des Bohr- kopfs (1 ) und damit der Verlauf des Bohrlochs (15) im Boden (14) gesteuert. Die eigentliche Steuerung und Funktionsweise der Steuerelemente sind dem Fachmann vertraut, so dass hier auf eine eingehendere Darstellung verzichtet werden kann.
Das Kabel (7) verläuft von den Messsonden (3) bzw. Steuerelementen (4) bis nach übertage durch den gesamten Ringraum zwischen Außenrohr (16) und Innenrohr (9). Mindestens eine Messonde (3) wird zur Optimierung der Messgenauigkeit möglichst dicht am Bohrkopf (1 ) positioniert.
Das Bohrlager (2) ist mit dem Steuerohr (17) und der Antriebswelle (6) gekoppelt und so ausgelegt, dass es Axialkräfte vom Steuerohr (17) auf die Antriebswelle (6) und von der Antriebswelle (6) auf das Steuerrohr (17) übertragen kann. Gleichzeitig dichtet das Bohr- lager (2) das Bohrloch (15) gegenüber dem Inneren des Steuerrohrs (17) ab.
Die Antriebswelle (6) ist auf der einen Seite mit einem Bohrmotor (8) und auf der anderen Seite mit dem Bohrlager (2) verbunden. Zusätzlich ist die Antriebswelle (6) mittels mindestens einer Zentrierung (5) im Steuerrohr (17) zentriert. Die Antriebswelle (6) ist innen hohl ausgestaltet und damit zur Durchleitung von Bohrflüssigkeit geeignet. Der Bohrkopf (1 ) weist mindestens eine Öffnung zur Durchleitung von Bohrflüssigkeit und mindestens ein Werkzeug zum mechanischen Lösen von Boden (14) auf. In der zweiten Teilzeichnung von Fig. 2 sind dargestellt das Bohrloch (15), ein Bohrmotor (8), ein Außenrohr (16) sowie die bereits beschriebenen Zentrierungen (5) und das Kabel (7).
Der Bohrmotor (8) wird von Bohrflüssigkeit in bekannter Weise angetrieben, ist auf der dem Bohrkopf (1 ) zugewandten Seite mit der Antriebswelle (6) verbunden und wird in dem Außenrohr (16) mittels Zentrierungen (5) zentriert. Das Außenrohr (16) ist auf der dem Bohrkopf (1 ) zugewandten Seite mit dem Steuerrohr (17) verbunden.
In der dritten Teilzeichnung von Fig. 2 sind dargestellt das Bohrloch (15), das Außenrohr (16), ein Innenrohr (9) sowie Zentrierungen (5) und das Kabel (7).
Das Innenrohr (9) ist mittels der Zentrierungen (5) im Außenrohr (16) zentriert. Das Innenrohr (9) ist auf seiner dem Bohrkopf (1 ) zugewandten Seite mit dem Bohrmotor (8) verbunden. Das Außenrohr (16) ebenso wie das Innenrohr (9) sind zur Aufnahme und Weiterleitung einer in ihrer jeweiligen Längsachse wirkenden Kraft ausgestaltet. Das Innenrohr (9) ist außerdem zur Durchleitung von Bohrflüssigkeit ausgestaltet.
In der untersten Teilzeichnung von Fig. 2 sind dargestellt das Bohrloch (15), der Boden (14), das Außenrohr (16), das Innenrohr (9), Zentrierungen (5), das Kabel (7) sowie eine Vorschubvorrichtung (10), eine Vorschubklemme (13) und eine Zuleitung (12).
Eine außerhalb des Bohrlochs (15) aufgestellte Vorschubvorrichtung (10) übt von außen Axialkräfte auf das Außenrohr (16) aus. Dadurch wird die gesamte erfindungsgemäße Bohrvorrichtung in ihrer Längsrichtung bewegt. Das Ende von dem Außenrohr (16) ist mit dem Ende von dem Innenrohr (9) über eine Vorschubklemme (13) verbunden.
Die Vorschubklemme (13) weist eine am Ende des Außenrohrs (16) befindliche, kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem Außenrohr (16), eine am Ende des Innenrohrs (9) befindliche, kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem Innenrohr (9) und eine Axialkraft erzeugende Verbindung zwischen der Verbindung auf dem Außenrohr (16) und der Verbindung auf dem Innenrohr (9) auf.
Nachdem eine feste Verbindung zum Außenrohr (16) und zum Innenrohr (9) hergestellt wurde, kann über die Axialkraft erzeugende Einheit (z.B. Hydraulikzylinder) zwischen den beiden Verbindungen auf dem Außenrohr (16) und dem Innenrohr (9) eine gegenläufige Axialkraft in das Außenrohr (16) und das Innenrohr (9) ausgeübt werden, da das Außenrohr (16) und das Innenrohr (9) über das Bohrlager (2) miteinander gekoppelt sind.
Wird die Axialkraft erzeugende Einheit zusammengezogen, so entstehen im Innenrohr (9) Zugkräfte und im Außenrohr (16) Druckkräfte. Wird die Axialkraft erzeugende Einheit auseinander gedrückt, so entstehen im Innenrohr (9) Druckkräfte und im Außenrohr (16) Zugkräfte.
Für den Bohrvorgang können so im Außenrohr (16) Zugkräfte (bzw. Zugspannungen) aufgebaut werden. Wird nun das Außenrohr (16) von der Vorschubvorrichtung (10) ins Bohrloch (15) geschoben, so entstehen auf Grund der Reibung Druckkräfte am Außen- rohr (16). Durch die "Vorbelastung" des Außenrohrs (16) mit Zugkraft durch die Vorschubklemme (13) wird so die kritische Knickkraft im Außenrohr (16) durch Überschreiten der zulässigen Druckkräfte weiter ins Bohrloch (15) hinein verlagert. Dadurch können wesentlich längere Sektionen des Außenrohrs (16) ins Bohrloch (15) geschoben werden.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens zur Erstellung eines Bohr- lochs (15) in einem Boden (14) und zur Verlegung einer Rohrleitung in dem Bohrloch (15), sind die folgenden Schritte vorgesehen: Vorfertigen (101 ) eines Außenrohrs (16) und eines Innenrohrs (9), wobei um das Innenrohr (9) mindestens eine Zentrierung (5) und mindestens ein Kabel (7) angeordnet sind, Einführen (102) des vorgefertigten Innenrohrs (9) in das Außenrohr (16), Verbinden (103) des Innenrohrs (9) auf der hinteren Seite mit einer Zuleitung (12) für Bohrflüssigkeit und auf der vorderen Seite mit einem Bohrmotor (8) und des Außenrohrs (16) mit einem Steuerrohr (17), wobei der Bohrmotor (8) mit einer in dem Steuerrohr (17) befindlichen Antriebswelle (6) verbunden ist und die Antriebswelle (6) im Steuerrohr (17) mittels mindestens einer Zentrierung (5) zentriert, in mindestens einem den Raum zwischen Innenrohr (9) und Außenrohr (16) gegenüber dem Bohrloch (15) abdichtenden Bohrlager (2) gelagert und mit einem Bohrkopf (1 ) verbunden ist und sich im Steuerrohr (17) mindestens eine Messsonde (3) und mindestens ein Steuerelement (4) befinden und die Messsonde (3) und das Steuerelement (4) mit dem Kabel (7) verbunden sind, Zuführen (104) der im vorhergehenden Schritt Verbinden (103) zusammengestellten Elemente zu einer Vorschubvorrichtung (10) dergestalt, dass die Vorschubvorrichtung (10) Axialkräfte von außen auf das Außenrohr (16) ausüben kann, Erstellen (105) des Bohrlochs (15) in dem Boden (14) durch Verpumpen (106) von Bohrflüssigkeit durch die Zuleitung (12), das Innenrohr (9), den Bohrmotor (8), die Antriebswelle (6) und den Bohrkopf (1 ) und Vorschieben (107) des Außenrohrs (16) mittels einer Vorschubvorrichtung (10) und Bestimmen (108) der Position des Bohrkopfs (1 ) im Boden (15) mittels der mindestens einen Messsonde (3) und Steuern (109) des Verlaufs des Bohrlochs (15) durch das mindestens eine Steuerelement (4), wobei der Raum zwischen Innenrohr (9) und Außenrohr (16) luftgefüllt ist und der Bohrmotor (8) den Bohrkopf (1 ) antreibt und die am Bohrkopf (1 ) austretende Bohrflüssigkeit sich mit dem vom Bohrkopf (1 ) gelösten Boden (14) vermischt und zwischen Außenrohr (16) und Bohrloch (15) aus dem Bohrloch (15) heraus fließt und die Energieversorgung und die Steuerung des mindestens einen Steuerelements (4) und die Energieversorgung und die Übertragung von Messwerten der mindestens einen Messsonde (3) über das mindestens eine Kabel (7) erfolgen, in Abhängigkeit von der durch das Erstellen (105) erzielten Länge des Bohrlochs (15) in dem Boden (14) optional Verlängern (1 10) des Innenrohrs (9), des Kabels (7) und des Außenrohrs (16), Einbringen (1 1 1 ) der Rohrleitung mittels der Vorschubvorrichtung (10) in das Bohrloch (14). Hierbei erfolgt zudem ein Unterstützen des Vorschiebens (107) durch eine Vorschubklemme (13), wobei die Vorschubklemme (13) vor Beginn des Vorschiebens (107) über das Innenrohr (9), den Bohrmotor (8) und die Antriebswelle (6) eine Druckkraft auf das Bohrlager (2) aufbringt und dadurch gleichzeitig eine Zugkraft in dem Außenrohr (16) zwischen dem Bohrlager (2) und der Vorschubvorrichtung (10) erzeugt wird.
In einer Weiterführung der Ausführungsform werden gleichzeitig zwei Bohrlöcher A und B erstellt, wobei sich die Bohrlöcher A und B im Boden (14) treffen und sodann der Bohr- köpf (1 ) des Bohrlochs A bis zum Startpunkt des Bohrlochs A zurückgezogen wird und der Bohrkopf (1 ) des Bohrlochs B durch das Bohrloch A bis zum Startpunkt des Bohrlochs A vorgeschoben wird.
In einer weiteren Weiterführung der vorstehenden Aspekte erfolgt ein Aufweiten des Bohrlochs (15) nach dem Erstellen des Bohrlochs (15) und vor dem Einbringen (1 1 1 ) der Rohrleitung mittels eines Räumers auf einen größeren Durchmesser, wobei der Räumer von dem Bohrmotor (8) über die Antriebswelle (6) angetrieben wird und die für das Aufweiten erforderlichen Zugkräfte von der Vorschubvorrichtung (10) erzeugt und über das Außenrohr (16) und das Bohrlager (2) auf den Räumer übertragen werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mit der ein erfindungsgemäßes Verfahren ausge- führt werden kann, umfasst ein Außenrohr (16), wobei das Außenrohr (16) zur Aufnahme und Weiterleitung einer in Richtung einer Längsachse des Außenrohrs (16) wirkend Kraft ausgestaltet ist, ein Innenrohr (9), wobei das Innenrohr (9) zur Aufnahme und Weiterleitung einer in Richtung einer Längsachse des Innenrohrs (9) wirkend Kraft und zur Durchleitung von Bohrflüssigkeit ausgestaltet ist, ein Bohrlager (2), wobei das Bohrlager (2) mit einem Steuerrohr (17) und einer Antriebswelle (6) gekoppelt und so ausgelegt ist, dass es Axialkräfte vom Steuerrohr (17) auf die Antriebswelle (6) und von der Antriebswelle (6) auf das Steuerrohr (17) übertragen kann und das Bohrloch (15) gegenüber dem Inneren des Steuerrohrs (17) abdichtet, einen Bohrmotor (8), wobei der Bohrmotor (8) von einer Bohrflüssigkeit angetrieben wird und in dem Außenrohr (16) mittels mindestens einer Zentrierung (5) zentriert ist und auf einer Seite mit dem Innenrohr (9) und auf der anderen Seite mit einer Antriebswelle (6) verbunden ist, eine Antriebswelle (6), wobei die Antriebswelle (6) innen hohl ist und mit mindestens einer Zentrierung (5) in einem Steuerrohr (17) zentriert ist und auf der einen Seite mit dem Bohrmotor (8) und auf der anderen Seite zug- und druckfest mit dem Bohrlager (2) verbunden und zur Durchleitung von Bohrflüssigkeit ausgestaltet ist, einen Bohrkopf (1 ), wobei der Bohrkopf (1 ) mindestens eine Öffnung zur Durchleitung von Bohrflüssigkeit und mindestens ein Werkzeug zum mechanischen Lösen von einem Boden (14) aufweist, ein Steuerrohr (17), wobei sich in dem Steuerrohr (17) mindestens eine Messonde (3) und mindestens ein kontrolliert aktivier / deaktivierbares Steuerelement (4) befindet, ein Kabel (7), wobei das mindestens eine Kabel (7) durch den Ringraum zwischen Außenrohr (16) und Innenrohr (9) verläuft und mit der mindestens einen Messsonde (3) und dem mindestens einem Steuerelement (4) verbunden ist, und eine Messsonde (3), wobei die mindestens eine Messsonde (3) zwischen Bohrmotor (8) und Bohrkopf (1 ) angeordnet ist. Ferner ist vorgesehen eine Vorschubklemme (13) mit einer am Ende des Außenrohrs (16) befindlichen, kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit dem Außenrohr (16), einer am Ende des Innenrohrs (9) befindlichen, kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem Innenrohr (9) und einer Axialkraft erzeugende Einheit zwischen der Verbindung auf dem Außenrohr (16) und der Verbindung auf dem Innenrohr (9). Die oben beschriebene Vorrichtung umfasst in einer abgewandelten Ausführungsform ein zwischen Antriebswelle (6) und Bohrkopf (1 ) angeordnetes Getriebe, wobei das Getriebe die von der Antriebswelle (6) dem Getriebe zugeführte Drehzahl reduziert und das von der Antriebswelle (6) dem Getriebe zugeführte Drehmoment vergrößert. Bezugszeichenliste:
1 Bohrkopf
2 Bohrlager
3 Messsonde
4 Steuerelement
5 Zentrierung
6 Antriebswelle
7 Kabel
8 Bohrmotor
9 Innenrohr
10 Vorschubvorrichtung
12 Zuleitung
13 Vorschubklemme
14 Boden
15 Bohrloch
16 Außenrohr
17 Steuerrohr
101 Vorfertigen
102 Einführen
103 Verbinden
104 Zuführen
105 Erstellen
106 Verpumpen
107 Vorschieben
108 Bestimmen
109 Steuern
1 10 Verlängern
1 1 1 Einbringen

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Erstellung eines Bohrlochs (15) in einem Boden (14) und zur Verlegung einer Rohrleitung in dem Bohrloch, mit den Schritten:
Vorsehen eines Bohrkopfes (1 ), eines Antriebs (8) für den Bohrkopf (1 ), eines oder mehrerer Steuerelemente (4) und einer oder mehrerer Messsonden (3),
Vorsehen eines Außenrohrs (16), mit einem darin aufgenommen und damit zumindest mittelbar verbundenem Innenrohr (9), wobei ein Zwischenraum zwischen Außenrohr (16) und Innenrohr (9) gegenüber dem Bohrloch (15) abgedichtet ist und wobei das Außenrohr in in dem Bohrloch (15) eingebrachter Bohrflüssigkeit einen Auftrieb erfährt, wobei die Erstellung des Bohrlochs (15) und die Verlegung der Rohrleitung umfassen:
Antreiben des Bohrkopfes (1 ) und Zuführen von Bohrflüssigkeit zum Bohrkopf (1 ) durch das Innenrohr (9), wobei die Bohrflüssigkeit mit anfallendem Bodenmaterial (14) außerhalb des Außenrohrs (16) abgeführt wird,
Vortreiben des Außenrohrs (16) mittels einer axial wirkenden und von außen auf das Außenrohr (16) wirkenden Außenvortriebskraft unter Steuerung mittels des einen oder der mehreren Steuerelemente (4) auf Basis von Positions- und/oder Lagedaten, die durch die eine oder die mehreren Messsonden (3) aufgenommen werden,
wobei auf der dem Bohrkopf (1 ) gegenüberliegenden Seite das Innenrohr (9) und das Außenrohr (16) über eine Vorschubklemme (13) und im Bereich des Bohrkopfes über ein Bohrlager (2) verbunden sind, über die über das Innenrohr auf das Außenrohr (16) ausgeübte axiale Kraft eine Zugspannung im Außenrohr (16) erzeugt wird, die einer bei Vortreiben des Außenrohrs (16) wirkenden Druckspannung entgegensetzt gerichtet ist, oder
wobei beim Ausüben einer Vortriebskraft auf den Bohrkopf (1 ) über das Innenrohr
(9) im Wesentlichen keine axiale Kraft vom Innenrohr (9) auf das Außenrohr (16) ausgeübt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Außenrohr (16) und das Innenrohr (9) im Bereich des Bohrkopfes über ein Bohrlager (2) verbunden sind, wobei neben der wirken- den Außenvortriebskraft durch das Innenrohr eine Kraft auf das Bohrlager (2) und damit das Außenrohr (16) ausgeübt wird, die im Bereich von 50 % bis 150 % der Außenvortriebskraft liegt.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein weiteres Bohrloch so erstellt wird, dass die Bohrlöcher (15) im Boden (14) aufeinandertreffen und die Rohr- leitung auf das dem Verlegen im ersten Bohrloch (15) folgend im zweiten Bohrloch (15) weiterverlegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit dem Schritt:
Aufweiten des Bohrlochs (15) nach dem Erstellen des Bohrlochs (15) und vor einem Einbringen der Rohrleitung mittels eines Räumers auf einen größeren Durchmesser,
wobei der Räumer von dem Antrieb (8) über eine Antriebswelle (6) angetrieben wird und die für das Aufweiten erforderlichen Zugkräfte vom Außenrohr (16) auf den Räumer übertragen werden.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Erstellung des Bohrlochs schrittweise erfolgt, wobei in einem ersten Schritt ein erstes Teilbohrloch erstellt und mit einer Wandung versehen wird und in einem folgenden zweiten Schritt ein zweites Teilbohrloch erstellt wird, wobei der Durchmesser des ersten Teilbohrlochs größer als der der zweiten Teilbohrlochs ist und die Erstellung des zweiten Teilbohrlochs innerhalb des ersten Teilbohrlochs durch die Wandung hindurch erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Innenseite der Wandung und/oder die Außenseite des Außenrohrs für das zweite Teilbohrloch mit einer reibungsmindernden Beschichtung und/oder Bearbeitung versehen sind.
7. Vorrichtung zum Erstellen eines Bohrlochs (15) in einem Boden (14) und zur Verlegung einer Rohrleitung in dem Bohrloch (15), mit:
einem Bohrkopf (1 ), einem Antrieb (8) für den Bohrkopf (1 ), einem oder mehreren Steuerelementen (4) und einer oder mehrerer Messsonden (3),
Mitteln zum Abdichten eines Zwischenraums zwischen einem Außenrohr (16) und einem Innenrohr (9) gegenüber dem Bohrloch (15), so dass das Außenrohr (16) in in dem Bohrloch (15) eingebrachter Bohrflüssigkeit einen Auftrieb erfahren kann und die Bohrflüssigkeit mit anfallendem Bodenmaterial (14) außerhalb des Außenrohrs (16) abgeführt werden kann, und
einer Vorschubvorrichtung, die zum Vortreiben des Außenrohrs (16) mittels einer axial wirkenden und von außen auf das Außenrohr (16) wirkenden Außenvortriebskraft ausgestaltet ist,
ferner mit einer Vorschubklemme (13), die für ein Verbinden des Innenrohrs (9) und des Außenrohrs (16) auf der dem Bohrkopf (1 ) gegenüberliegenden Seite ausgestaltet ist, so dass über eine über das Innenrohr (9) über ein Bohrlager (2) auf das Außenrohr (16) ausgeübte axiale Kraft eine Zugspannung im Außenrohr (16) erzeugt werden kann, die einer bei Vortreiben des Außenrohrs (16) wirkenden Druckspannung entgegensetzt gerichtet ist, oder
mit einer weiteren Vorschubvorrichtung und einem Bohrlager (2), die ein Ausüben einer axialen Kraft über das Innenrohr (9) auf den Bohrkopf (1 ) im Wesentlichen ohne axiale Kraftwirkung auf das Außenrohr (16) erlauben.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, mit einem zwischen Antrieb (8) und Bohrkopf (1 ) angeordnetem Getriebe, wobei das Getriebe die vom Antrieb (8) dem Getriebe zugeführte Drehzahl reduziert und das von dem Antrieb (8) dem Getriebe zugeführte Drehmoment vergrößert und dem Bohrkopf (1 ) zuführt.
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