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Verfahren zum Verrohren von mit Flüssigkeit gefüllten Bohr-
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löchern oder dgl. unter Verwendung von einzelnen Rohrschüssen Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verrohren von wenigstens auf Teilen ihrer Längserstreckung
mit Flüssigkeit gefüllten Bohrlöchern oder dgl. unter Verwendung von einzelnen,
miteinander verbindbaren Rohrschüssen, bei welchen der Rohrstrang wenigstens auf
Teilen seines in der Flüssigkeit befindlichen Bereiches unter der Einwirkung von
Körpern steht, die leichter sind als das von ihnen verdrängte Flüssigkeitsvolumen
sowie zur Durchführung des Verfahrens benutzbare Schwimmkörper und Sperren.
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Die DE-AS 1 231 190 offenbart im Zusammenhang mit einem derartigen
Verfahren die beim Einbau von Rohrsträngen auftretenden Schwierigkeiten. Die wesentlichen
Probleme ergeben sich aus der Tatsache, dass im Verlauf des Einbauens der Rohrschüsse
das Gewicht des Rohrstranges sich fortlaufend erhöhnt. Dies führt zu einer entsprechend
zunehmenden Belastung des Einbaugerätes, welches bis zur Fertigstellung der Verrohrung
das Gewicht derselben aufzunehmen hat. Die sich daraus ergebenden Schwierigkeiten
nehmen mit wachsender Teufe der Bohrlöcher und damit der Länge der Verrohrung
zu.
Schwierigkeiten ergeben sich auch dadurch, dass während des Einbaus die im oberen
Bereich der Verrohrung befindlichen Rohrschüsse selbst durch das Gewicht des an
ihnen hängenden Teiles des Rohrstranges belastet werden. Die sich daraus ergebende
Zugbeanspruchung der einzelnen Rohrschüsse kann zumindest bei bestimmten Werkstoffen,
wie beispielsweise Asbestzement, das zulässige Mass leicht übersteigen. Dies gilt
in besonderem Masse dann, wenn, wie es beispielsweise bei Filterrohren der Fall
ist, die Wandung bestimmter Rohrschüsse durch darin angebrachte Durchbrechungen
geschwächt ist. Im übrigen werden auch die Verbindungen zwischen den einzelnen Rohrschüssen
durch das Gewicht des jeweils an ihnen hängenden Abschnittes der Verrohrung in erheblicnem
Masse beansprucht.
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Als Beispiel für Bohrlöcher der hier in Frage kommenden Art seien
Entwässerungsbrunnen, wie sie im Braunkohlen-Tagebau üblich sind, genannt. Derartige
Brunnen erreichen bereits heute Teufen von 500 m, in den nächsten Jahren bis 700
m.
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Bei dem durch die DE-AS 11 31 190 bekannten Verfahren wird der die
Verrohrung des Bohrloches bildende Rohrstrang vor dem Einbau ganz oder auf Teilen
seines in der Flüssigkeit befindlichen Bereiches aussenseitig mit Leichtstoff, vorzugsweise
Schaumstoff, versehen, der ein geringes spezifisches Gewicht aufweist, so dass das
Volumen des Gesamtrohrstranges und damit auch das Volumen der verdrängten Flüssigkeit
erheblich vergrössert werden. Da der Leichtstoff nur ein geringes Gewicht aufweist,
führt dies zu einer merklichen Verringerung der auf das Einbaugerät, die Rohrschüsse
und
die Verbindungen einwirkenden Zugbeanspruzhungen.
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Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin,
dass der als Schwimmkörper benutzte Leichtstoff nach Beendigung des Einbauvorganges
imBohrloch verbleibt, also nicht wiedergewinnbar ist. Dadurch entstehen erhebliche
Mehrkosten, insbesondere auch in Anbetracht der Tatsache, dass mit zunehmender Teufe
der Bohrlöcher die Menge des jeweils benötigten Leichtstoffes zunimmt. Hinzu kommt,
dass bei überschreiten einer bestimmten Teufe die Festigkeit des normalerweise verwendeten
Polystyrol-Schaumstoffes in Anbetracht des Druckes der Flüssigkeitssäule nicht mehr
ausreicht. Es besteht zwar die Möglichkeit, beispielsweise glasfaserverstärkten
Kunststoff zu verwenden, wodurch die Aufwendungen für die Entlastung von Einbaugerät,
Rohrwandung und Verbindung noch grösser würden. Es ist auch möglich, die Anbringung
des Schaumstoffes auf den Oberen Bereich des Rohrstranges, beispielsweise die obere
Hälfte, zu beschränken, da die durch das Gewicht des Rohrstranges verursachten Probleme
erst mit zunehmender Länge desselben auftreten. Jedoch ändert dies nichts an der
Tendenz, dass mit grösser werdender Teufe der Brunnen die Schwierigkeiten und Aufwendungen
ebenfalls, unter Umständen sogar überproportional, zunehmen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren de?
einleitend beschriebenen Art so abzuwandeln, dass die Nachteile bekannter Verfahren
vermieden werden. Insbesondere soll es möglich sein, die die Verminderung des wirksamen
Gewichtes des Rohrstranges verursachenden Körper wiederzugewinnen. Die Körper
sollen
in ihrer Herstellung und Handhabbarkeit, insbesondere auch bezüglich des Einbringens
und der Wiedergewinnbarkeit, einfach und billig sein.Die einfache Handhabbarkeit
soll auch den normalerweise gegebenen Betriebsbedingungen an der Stelle Rechnung
tragen, an der ein Brunnen oder dgl. niedergebracht wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass wenigstens
ein Teil des Innenraumes wenigstens eines Teiles der Röhrschüsse mit Schwimmkörpern
gefüllt und der letztere aufnehmende Bereich des Rohrschüsses oberseitig mit einer
den Durchgang der Schwimmkörper nach oben verhindernden, entfernbaren Sperre versehen
wird, die nachträglich beseitigt wird.
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Die zweckmässig aus Kunststoff bestehenden Hohlkörper können ohne
Schwierigkeiten, insbesondere ohne irgendein&iins Gewicht fallenden Arbeitsaufwand,
in den jeweiligen Rohrschuss eingebracht werden. Dabei ist in Abhängigkeit von der
Anzahl der Hohlkörper pro Rohrschuss auch das Ausmass der Verringerung des wirksamen
Gewichtes kalkulierbar. Es ist ferner möglich, alle oder eine bestimmte Anzahl von
unmittelbar aufeinanderfolgenden Rohrschüssen mit diesen Hohlkörpern zu versehen,
wobei dann auch jeder Rohrschuss mit einer Sperre versehen sein müsste. Andererseits
kann es auch ausreichen, die Hohlkörper nur in jedem zweiten oder dritten Rohrschuss
vorzusehen und dabei gegebenenfalls die Anzahl derselben zu vergrössern. Hierbei
ist zu berücksichtigen, dass bei einem Durchmesser eines Rohres von beispielsweise
1 m der von den Schwimmkörper auszufüllende Abschnitt des Innenraumes des Rohrschusses
ohnehin nur einen geringen Teil der Länge
desselben einnehmen wird,
wenn es sich um ein Rohr beispielsweise aus Asbestzement oder Kunststoff handelt.
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Die vorteilhaft eine Kugelform aufweisenden Hohlkörper können unterschiedliche
Volumen oder Durchmesser haben. In Abhängigkeit vom Rohrdurchmesser kann der Durchmesser
der Hohlkörper beispielsweise zwischen 20 mm und 200 mm liegen.
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Die Beseitigung der Sperren wird im allgemeinen nach Festlegen des
Rohrstranges im Brunnen, Bohrloch oder dgl. durchgeführt werden. Dies kann der Fall
sein, wenn der Rohrstrang auf der Sohle des Bohrloches oder dgl. aufsitzt. Es ist
aber auch möglich, die Sperren erst dann zu entfernen, wenn, wie es insbesondere
bei Brunnen der Fall ist, der Raum zwischen Bohrlochwandung und äusserer Umfangsfläche
des Rohrstranges mit geeignetem Material, beispielsweise Kies, verfüllt ist. Ein
Entfernen der Sperren hat zur Folge, dass die in den Rohrschüssen befindlichen Hohlkörper
aufschwimmen und in geeigneter Weise am oberen Ende der Flüssigkeitssäule entnommen
werden. Wenn die Flüssigkeitssäule innerhalb des Rohrstranges bis zur Tagesoberfläche
ansteht, ist das Wiedergewinnen der Hohlkörper besonders leicht möglich.
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Als besonders zweckmässig hat sich eine Ausführung herausgestellt,
bei welcher die Sperren aus verhältnismässig sprödem Material, beispielsweise Asbestzement,
bestehen. Die Platten - oder bodenförmigen Sperren - können an den Verbindungsstellen
zwischen zwei benachbarten Rohrschüssen beim Einbau derselben angebracht werden,
nachdem in den jeweils darunter befindlichen Rohrschüssen
die Schwimmkörper
eingebracht worden waren. Es besteht dann nach Fertigstellung der Verrohrung die
Möglichkeit, die Sperren durch Einführen eines Gewichtes, das über eine kurze Distanz
auf die Sperren fallengelassen wird , zu zerstören, so dass die darunter befindlichen
Hohlkörper aufschwimmen können. Im übrigen können auch die vorteilhaft mit Sollbruchstellen
versehenen Sperren mit Schwimmkörpern versehen sein, die eine Gewähr dafür geben,
dass nach Zerstörung die resultierenden Teile ebenfalls aufschwimmen. Anstelle von
Asbestzement können auch Teile aus entsprechend eingestelltem Kunststoff, Kunstharz
oder dgl. verwendet werden.
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Bei allen Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gilt, dass in jedem
Fall eine einfache Handhabung gewährleistet ist. Im Gegensatz zum Verfahren gemäss
DE-AS 12 31 190 besteht keine Notwendigkeit, Schaumststoff aussen auf die Rohrschüsse
aufzubringen, ggf.
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anzupassen und zu befestigen. Weiterhin können bei Anwendung der Erfindung
auch Filterrohre eine Verringerung ihres wirksamen Gewichtes erfahren. Dies ist
im bekannten Fall nicht möglich, weil sonst die in den Filterrohren befindlichen
Durchbrechungen durch den Schaumststoff abgedeckt sein würden. Bezüglich der Anbringung
der Sperren ist keine grosse Genauigkeit erforderlich, da es lediglich darauf ankommt,
Durchgänge zu vermeiden, die so gross sind, dass ein Hohlkörper mit dem hier in
Frage kommenden Durchmesser passieren könnte. Es ist also auch möglich, die Sperren
sieb- oder netzartig auszubilden. Entscheidend ist lediglich, dass die Sperren,
gegen die sich die Schwimmkörper von unten anlegen, in der Lage sind, die von den
Schwimmkörpern auf sie übertragenen
Auftriebskräfte aufzunehmen
und auf den Rohrstrang zu übertragen.
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Da das Gewicht eines Rohrschusses mit zugehörigen Verbindungsteilen
im allgemeinen innerhalb enger Grenzen feststehen wird, ist es insbesondere bei
Verwendung von Schwimmkörpern mit unterschiedlichen Durchmessern normalerweise ohne
weiteres möglich, die Auftriebskräfte der Hohlkörper so zu bemessen, dass sie in
einem genau gewünschten Umfang dem Gewicht eines oder mehrerer Rohrschüsse einschliesslich
Verbindungsteilen und dgl. entgegenwirken, so dass im Ergebnis die Zugbelastung
der Rohr und der Verbindungen sowie des Einbaugerätes ziemlich genau vorherbestimmbar
und einstellbar sind. Falls das spezifische Gewicht der im Brunnen, Bohrloch oder
dgl. befindlichen Flüssigkeit auch zu berücksichtigen sein sollte, könnte dies unter
Verwendung einfacher MIttel ohne weiteres von Fall zu Fall festgestellt werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 im Schema einen Längsschnitt durch eine Brunnenbohrung mit darin
eingebauter Verrohrung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Verbindung zweier Rohrschüsse
in grösserem Maßstab, Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Sperre, Fig. 4 einen Längsschnitt
durch eine zweite Ausführungsform, Fig. 5 die dazugehörige Draufsicht.
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Bohrloch 11 der Fig. 1 ist mit Wasser gefüllt. Nach seiner Fertigstellung
wird es unter Verwendung eines Einbaugerätes 12 mit einer Verrohrung 14 versehen,
die aus Vollwandrohren 15 und Filterrohren 16 besteht. Die Anordnung ist dabei so
getroffen, dass zwischen jeweils zwei Filterrohren 16 sich drei Vollwandrohre 15
befinden. Die Verbindung zwischen den einzelnen Rohrschüssen 15 bzw. 16 erfolgt
in bekannter Weise jeweils über eine Muffe 17.
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Sowohl Muffe 17 als auch Rohre 15 bzw. 16 sind mit Nuten 18 bzw.
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19 (Fig. 2) versehen, die jeweils gemeinsam einen umlaufenden Kanal
bilden. In diesen ist als Verbindungselement ein Metallseil 20 eingeschoben, das
in gummlel;stisches Material eingebettet sein kann. Auf diese Weise werden die einzelnen
Rohrschüsse 15 und 16 zugfest miteinander verbunden. Die Art der Verbindung ist
insbesondere für Rohre aus nichtmetallischem Werkstoff wie Asbestzement und Kunststoff
geeignet.
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Insbesondere Fig. 2 lässt erkennen, dass an der Verbindungsstelle
zwischen zwei benachbarten Rohrschüssen 15 bzw. 16 eine den Querschnitt der Verrohrung
durchsetzende Sperre in Form einer Scheibe 22 eingesetzt ist. Diese aus Asbestzement
oder anderem, geeignetem Werkstoff bestehende Scheibe ist oberseitig und unterseitig
mit zwei kreuzweise angeordneten Kerben 24, 26 versehen. Beim Einbau der einzelnen
Rohrschüsse werden in jedes Rohr beispielsweise zwölf Kugeln mit einem Durchmesser
von 200 mm gegeben, die in Fig. 2 der Zeichnung der Einfachheit halber als in einer
vertikalen Ebene liegend dargestellt sind, so dass der Rohrschuss einen Innendurchmesser
von 800 mm aufweist. Beim Herstellen der Verbindung mit dem darüber befindlichen,
nächstfolgenden Rohr
wird der offene Querschnitt durch die Scheibe,
den Zwischenboden oder dgl. 22 abgedeckt oder zumindest soweit verkleinert, dass
eine oder mehrere der Kugeln 28 die Verbindungsstelle nicht mehr passieren kann.
Dies hat zur Folge, dass, sobald der die Kugeln 28 aufweisende Rohrabschnitt mit
Flüssigkeit gefüllt ist, diese Kugeln soweit auf schwimmen, bis sie gegen den Zwischenboden
oder dgl. 22 stossen. Auf diese Weise wird aufgrund des Auftriebs der Kugeln 28
eine dem Gewicht des Rohrstranges entgegengerichtete Kraft wirksam, die zu einer
entsprechenden Verringerung des wirksamen Gewichtes und somit der darauf zurückgehenden
Beanspruchungen der von diesem Gewicht beaufschlagten Teile führt. Jeder Rohrschuss
15 bzw. 16 kann mit diesen Kugeln und der zugehörigen, als Sperre dienenden Scheibe
22 versehen sein. Es ist auch möglich, dies nur bei einzelnen Rohrschüssen vorzusehen.
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Nach Beendigung des Einbaus und Festlegen der Verrohrung 14 werden
dann die Scheiben oder Zwischenböden 22 dadurch entfernt, 30 dass ein beispielsweise
an einem Seil hängendes Gewichtçauf die jeweils zuoberst befindliche Scheibe 22
fallengelassen wird mit der Folge, dass die Scheibe zerstört wird und den Durchgang
für die Kugeln 28 freigibt, die somit bis zum oberen Ende der Verrohrung 14 aufschwimmen
können. Die einzelnen Bereiche der als Sperre wirkenden Scheibe oder dgl. 22 können
ebenfalls, beispielsweise durch Kleben angebrachte, Kugeln oder anders geformte
auch Schwimmkörper 32 aufweisen, deren Auftrieb ausreicht, um die Einzelteile der
Sperre 20 auf schwimmen zu lassen.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 4 und 5 sind die Kugeln 128
zu Paketen 134 zusammengefasst, die jeweils aus mehreren Lagen von Kugeln 128 bestehen.
Zwischen den einzelnen Lagen sind kreisförmige Platten 136 angeordnet, deren Durchmesser
etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohres 115. Kugeln 128 und Platten
136 sind mit Durchbrechungen 138 bzw. 140 versehen, durch die Seile 142 hindurchgeführt
sind, mittels welcher die Pakete 134 zusammengehalten werden. Mit Durchbrechungen
138 versehene Kugeln sind beispielsweise als Schwimmerkugeln im Handel erhältlich.
Platten 134 und Seile 142 sollten aus einem Material bestehen, dessen spezifisches
Gewicht unter 1 liegt. Als Beispiel seien Polyäthylen oder anderer Kunststoff genannt.
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Beim Einbau des Rohrstranges kann das Paket 134 ohne Schwierigkeiten
in den jeweils oberen Rohrschuss 115 abgesenkt werden.
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Die danach anzubringende Sperre kann aus einem einfachen Band, einem
Seil oder dgl. 144 bestehen, das später mit einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise
einem umlaufenden Messer, durchtrennt wird. Auch hier ist es möglich, die Sperre
zwischen den beiden einander zugekehrten Enden zweier benachbarter Rohre 115 anzubringen.
Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform ist das Band 144 an der
Wandung des Rohres 115 befestigt. Dies kann in einfacher Weise, z. B. mittels Kleben
geschehen.
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Das Auschwimmen der Pakete 134 erfolgt ruhiger als bei einzelnen Kugeln.
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Dergleiche Effekt kann auch dadurch erzielt werden, dass die Kugeln
in ein Netz gegeben werden, dessen Durchmesser in auf geweitetem Zustand nicht grösser
bzw. geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohres 115.
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In Abhängigkeit von der Teufe des Brunnens kannes zweckmässig sein,
für bestimmte Teufebereiche daran angepasste Hohlkörper zu verwenden. Dabei geht
es im wesentlichen darum, die Hohlkörper gemäss dem in der jeweiligen Teufe herrschenden
Flüssigkeitsdruck auszubilden. Es ist natürlich möglich, sämtliche Hohlkörper von
vornherein bezüglich ihrer Formbeständigkeit an die grösstmögliche Teufe anzupassen.
Dies würde jedoch einen Verlust an Auftrieb bedeuten. So werden bei einem Vollwandrohr
aus Asbestzement von 5 m Länge einschlie-slich Kupplung und Sperre zur Erzeugung
eines Auftriebes von 7,75 KN etwa 240 Kugeln mit einem Aussendurchmesser von 200
mm benötigt, wenn diese Kugeln auf eine Festigkeit abgestellt sind, die einem Wasserdruck
in 300 m Teufe entspricht. Unter den gleichen Voraussetzungen würden in einer Teufe
von 1000 m 300 Kugeln einen Auftrieb in derselben Grössenordnung bewirken.
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Die Vergrösserung der Anzahl der Kugeln bei gleichzeitiger Verringerung
des Auftriebes ist darauf zurückzuführen, dass die Kugeln - oder ggf. auch anders
geformte Hohlkörper - dickwandiger ausgeführt und somit schwerer sind.
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In jedem Fall gilt jedoch, dass bei Anwendung der Lehre gemäss der
Erfindung eine wesentliche Vereinfachung des Einbaus von Rohrsträngen erreicht werden
kann. Im allgemeinen wird es aus Kostengründen
vorzuziehen sein,
den durch die Hohlkörper bewirkten Auftrieb und damit die Anzahl der Hohlkörper
so einzustellen, dass das verbleibende wirksame Gewicht der Verrohrung der höchstmöglichen
Zugbelastung an der schwächsten Stelle des Gesamtsystems entspricht oder geringfügig
darunter bleibt. Andererseits gibt die Erfindung aber auch die Möglichkeit, dort,
wo beispielsweise Asbestzementrohre eingesetzt werden, Rohre aus einem Material
einzusetzen, welches in bestimmter Hinsicht günstigere Eigenschaften aufweist, jedoch
ein grösseres Gewicht hat. Hier könnte die Erfindung das Mehrgewicht gegenüber den
üblichen für Brunnenverrohrungen benutzten Leitungen kompensieren, so dass trotz
des grösseren Gewichtes die bisher benutzten Einbaugeräte, Verbindungselemente und
dgl. verwendet werden können.
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Das Verfahren gemäss der Erfindung stellt keine Komplizierung des
Einbauens eines Rohrstranges in einen Brunnen, ein Bohrloch oder dgl. dar. Das Verfahren
ist somit ohne Einschränkung anwendbar.
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