DE19534173A1

DE19534173A1 - Bohrverfahren

Info

Publication number: DE19534173A1
Application number: DE1995134173
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Strigl; Dieter Rebhan
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde Gas AG
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 1997-03-20

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrverfahren, bei dem an einer Bohrstelle ein Bohrloch in einem Material erzeugt wird, sowie eine Bohrvorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens.

Es sind eine Reihe von Bohrverfahren bekannt, die bspw. bei Tiefbaumaßnahmen im Bergbau oder bei Lagerstättenerschließungen eingesetzt werden. Auch bei Öl- und Gasbohrungen, geothermischen Erschließungsmaßnahmen und Tiefbohrungen für wissenschaftliche Zwecke werden bisher herkömmliche Bohrverfahren angewendet, die mit einem von einem Bohrgestänge angetriebenen Bohrkopf arbeiten, der ro tierende Schneidewerkzeuge aufweist. Bohrungen in wechselnden Bodenschichten oder Tiefbohrungen erfordern einen erheblichen technischen Aufwand und stoßen schnell an unüberwindbare Grenzen. Besonders problematisch sind hohe Tempera turen am Bohrkopf und ein schneller Verschleiß der Schneidewerkzeuge. Außerdem ist bei den üblichen Bohrverfahren ein umständlicher Ein- und Ausbau des Bohrgestänges erforderlich. Bohrungen in größere Tiefen oder durch wechselnde Boden- und Ge steinsarten sind besonders problematisch.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrverfahren zur Verfü gung zu stellen, mit dem auch Bohrungen in tiefere und/oder wechselnde Boden schichten auf wirtschaftliche Weise ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Material an der Bohr stelle mindestens einem von einer elektrischen Hochspannungsentladung ausgelösten Druckimpuls ausgesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Bohrung ohne wesentlichen Verschleiß von Bohrwerkzeugen möglich ist, wenn anstelle einer mechanischen Zer kleinerung mittels Schneidewerkzeugen das zu bohrende Material ohne Berührung mit mechanischen Teilen mittels einer Schockwelle gebrochen wird. Hierzu wird in der Nähe des zu bohrenden Materials eine elektrische Hochspannungsentladung durchge führt, die einen Druckimpuls liefert, der auf das Material übertragen wird. Vorzugsweise werden mehrere Druckimpulse hintereinander erzeugt, so daß sich Stoßwellen ausbil den.

Zweckmäßigerweise wird der durch die elektrische Hochspannungsentladung erzeugte Druckimpuls mittels einer Flüssigkeit auf das Material übertragen. Das Material wird durch den Druckimpuls fein zerkleinert. Dabei wirken die Stoßwellen besonders stark im Bereich einiger Zentimeter um die elektrische Hochspannungsentladung.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß in das Bohrloch eine Flüssigkeit eingegeben wird und die elektrische Hochspannungsentla dung in der Flüssigkeit durchgeführt wird. Als Flüssigkeit kommt bspw. Wasser in Betracht.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Flüssigkeit eine kryo gene Flüssigkeit, vorzugsweise ein tiefkalt verflüssigtes Gas, insbesondere flüssiger Stickstoff oder flüssiges Kohlendioxid, eingesetzt. Diese Maßnahme ist besonders dann zweckmäßig, wenn das zu bohrende Material nicht ausreichend verfestigt ist. Durch die Verwendung einer kryogenen Flüssigkeit wird das Material versprödet, so daß die Zerkleinerung des Materials durch den von der elektrischen Hochspannungs entladung ausgelösten Druckimpuls erleichtert wird. Die kryogene Flüssigkeit dient also gleichzeitig zum Verspröden des Materials und zur Übertragung des Druckimpulses.

Zweckmäßigerweise wird das Verfahren dadurch verwirklicht, daß in das Bohrloch mit einer Hochspannungsversorgungseinheit in Verbindung stehende Elektroden bis in Nähe des Bohrlochgrundes eingeführt werden und soviel Flüssigkeit in das Bohrloch eingebracht wird, daß die Elektroden von der Flüssigkeit bedeckt sind.

Um eine besonders gerichtete Bohrung zu ermöglichen, ist gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen, den Bohrlochmantel abdeckende Bohrlochhüll rohre bis an den Bohrlochgrund in das Bohrloch einzuführen. Auf diese Weise kann sich der Druckimpuls in der im Bohrloch befindlichen Flüssigkeit nicht zur Seite in Richtung des Bohrlochmantels ausbreiten, sondern greift das Material nur in Richtung des Bohrlochgrundes an.

Beim Bohren entstehender Bohrklein wird vorzugsweise mittels eines Spülmediums aus dem Bohrloch ausgetragen. Da durch den von der Hochspannungsentladung ausgelösten Druckimpuls das Material zu einem besonders feinen Pulver zerkleinert wird, ist ein weitgehender Bohrkleinaustrag mittels einer Gasströmung möglich. Dabei wird zweckmäßigerweise als Spülmedium verdampfte kryogene Flüssigkeit eingesetzt.

Bevorzugt wird die kryogene Flüssigkeit in einer solchen Menge in das Bohrloch einge leitet, daß ein Bad der kryogenen Flüssigkeit im Gleichgewicht im Bohrloch erhalten bleibt und verdampfte kryogene Flüssigkeit gleichmäßig als Spülmittel aus dem Bohr loch austritt.

Auf diese Weise erfüllt die kryogene Flüssigkeit drei Aufgaben gleichzeitig:
Einerseits dient sie als Schockwellenüberträgerflüssigkeit, um den Druckimpuls von der elektrischen Hochspannungsentladung auf das zu bohrende Material zu übertragen. Andererseits bewirkt die kryogene Flüssigkeit eine Versprödung des Materials, so daß das Material leichter zerkleinert werden kann. Darüber hinaus dient die verdampfte kryogene Flüssigkeit als Spülmedium zum Austragen des Bohrkleins aus dem Bohr loch.

Die Erfindung betrifft ferner eine Bohrvorrichtung mit einem in ein Bohrloch einführ baren Bohrkopf. Erfindungsgemäß weist der Bohrkopf mit einer Hochspannungsver sorgungseinrichtung in Verbindung stehende Elektroden auf.

Die Elektroden stellen demzufolge den eigentlichen Bohrer dar, während die elektri schen Versorgungsleitungen zwischen der Hochspannungsversorgungseinrichtung und den Elektroden mit dem Bohrgestänge bei herkömmlichen Bohrvorrichtungen zu vergleichen sind.

Bevorzugt endet in Nähe des Bohrkopfes eine mit einem Vorratsbehälter für eine kryogene Flüssigkeit in Verbindung stehende Zufuhrleitung. Zweckmäßiger Weise sind die Hochspannungsversorgungseinrichtung und der Vorratsbehälter für die kryogene Flüssigkeit außerhalb des Bohrloches angeordnet und die Verbindungsleitungen zwischen der Hochspannungsversorgungseinrichtung und dem Bohrkopf sowie die Zufuhrleitung für die kryogene Flüssigkeit flexibel ausgebildet. Auf diese Weise ist im Vergleich zu herkömmlichen Bohrvorrichtungen ein gestängeunabhängiges Bohren möglich.

Der Wegfall von Gestänge und herkömmlicher mechanischer Zerkleinerung bietet enorme Vorteile. Es können nahezu unbegrenzte Bohrtiefen, Krümmungen, Nei gungen, Durchmesser etc. erzielt werden. Deshalb eignet sich die Erfindung insbeson dere für Anwendungen im Tiefbau, Bergbau, bei der Lagerstättenerschließung, bei Öl- und Gasbohrungen, geothermischen Erschließungsmaßnahmen und Tiefbohrungen für wissenschaftliche Zwecke.

Die Hochspannungsversorgungseinrichtung und die Elektroden können an verschie dene Anwendungsfälle angepaßt werden, wobei geringere elektrische Leistungen für Kleinbohrungen und größere elektrische Leistungen für Großlochbohrungen vorge sehen sind. Zweckmäßigerweise arbeitet die Hochspannungsversorgungseinrichtung mit einer elektrischen Spannung von ca. 200 000 bis ca. 800 000 Volt, besonders bevorzugt ca. 300 000 bis ca. 500 000 Volt.

Claims

1. Bohrverfahren, bei dem an einer Bohrstelle ein Bohrloch in einem Material erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Material an der Bohrstelle mindestens einem von einer elektrischen Hochspannungsentladung ausgelösten Druckimpuls ausgesetzt wird.

2. Bohrverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckimpuls mittels einer Flüssigkeit auf das Material übertragen wird.

3. Bohrverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Bohrloch eine Flüssigkeit eingeben wird und die Hochspannungsentladung in der Flüssigkeit durchgeführt wird.

4. Bohrverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssig keit eine kryogene Flüssigkeit verwendet wird.

5. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in das Bohrloch mit einer Hochspannungsversorgungseinheit in Verbindung stehende Elektroden bis in Nähe des Bohrlochgrundes eingeführt werden und soviel Flüssigkeit in das Bohrloch eingebracht wird, daß die Elektroden von der Flüssigkeit bedeckt sind.

6. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Bohrlochmantel abdeckende Bohrlochhüllrohre bis an den Bohrlochgrund in das Bohrloch eingeführt werden.

7. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Bohren entstehender Bohrklein mittels eines Spülmediums aus dem Bohrloch ausgetragen wird.

8. Bohrverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülmedium verdampfte kryogene Flüssigkeit eingesetzt wird.

9. Bohrverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kryogene Flüssigkeit in einer solchen Menge in das Bohrloch eingeleitet wird, daß im Bohr loch ein Bad der kryogenen Flüssigkeit im Gleichgewicht erhalten bleibt und ver dampfte kryogene Flüssigkeit gleichmäßig als Spülmedium aus dem Bohrloch austritt.

10. Bohrvorrichtung mit einem in ein Bohrloch einführbaren Bohrkopf, dadurch ge kennzeichnet, daß der Bohrkopf mit einer Hochspannungsversorgungseinrichtung in Verbindung stehende Elektroden aufweist.

11. Bohrvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Nähe des Bohrkopfes eine mit einem Vorratsbehälter für eine kryogene Flüssigkeit in Verbin dung stehende Zufuhrleitung endet.

12. Bohrvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspan nungsversorgungseinrichtung und der Vorratsbehälter für die kryogene Flüssigkeit außerhalb des Bohrloches angeordnet sind und die Verbindungsleitung zwischen der Hochspannungsversorgungseinrichtung und dem Bohrkopf sowie die Zufuhr leitung für die kryogene Flüssigkeit flexibel ausgebildet sind.