AT508616B1

AT508616B1 - DRILLING TUBE FOR A DRILLING DEVICE FOR EXECUTING HORIZONTAL BORING

Info

Publication number: AT508616B1
Application number: ATA1191/2010A
Authority: AT
Inventors: Alex Brunschwiler
Original assignee: Brunschwiler Ag
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2015-05-15
Also published as: CH701512B1; AT508616A3; CH701488A1; AT508616A2; CH701512A2; DE102010027065A1

Abstract

Das Bohrrohr (1) ist für eine Bohrvorrichtung zum Ausführen von Horizontalbohrungen ausgebildet und umfasst einen vergleichsweise leichten Rohrkörper (3) aus einem Faser-Verbund-Kunststoff. Der Rohrkörper (3) hat trotz hoher Torsionssteifigkeit eine relativ grosse Biegeelastizität. Mehrere Bohrrohre (1) können mittels an deren Enden ausgebildeter Kupplungselemente (5a, 5b) zu einem Bohrgestänge zusammengesetzt werden. Die strömungsgünstige Ausbildung der Kupplungselemente (5a, 5b) und die vergleichsweise grossen Innendurchmesser der Rohrkörper (3) ermöglichen selbst bei Bohrrohren (1) mit kleinen Aussendurchmessern die Durchleitung von Druckluft ohne starken Druckabfall.The drill pipe (1) is designed for a drilling device for carrying out horizontal bores and comprises a comparatively light pipe body (3) made of a fiber-composite plastic. The tubular body (3) has a relatively high bending elasticity despite high torsional rigidity. Several drill pipes (1) can be assembled to form a drill pipe by means of coupling elements (5a, 5b) formed at their ends. The aerodynamic design of the coupling elements (5a, 5b) and the comparatively large inner diameter of the tubular body (3) allow even with drill pipes (1) with small outside diameters, the passage of compressed air without heavy pressure drop.

Description

Beschreibung [0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Bohrrohr für eine Bohrvorrichtung, die zum Ausführen von Horizontalbohrungen ausgebildet ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bohrrohrs gemäss dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 13.The invention relates to a drill pipe for a drilling device, which is designed to carry out horizontal bores, and to a method for producing such a drill pipe according to the preamble of patent claims 1 and 13.

[0002] Zum Verlegen von Leitungen im Erdreich werden heute zunehmend grabenlose Techniken eingesetzt. Im Vergleich zur herkömmlichen Aushebung von Gräben entstehen dabei keine Landschaftsschäden. Gebäude, Bahnlinien, Strassen, Gewässer oder andere Hindernisse werden dabei von einem steuerbaren Bohrkopf bzw. Bohrmeissel einer sogenannten Horizontalbohranlage unterquert bzw. umfahren. Der Bohrkopf ist am vorderen Ende eines Bohrgestänges angeordnet. Dieses umfasst mehrere mittels Gewindekupplungen miteinander verschraubte Bohrstangen bzw. Bohrrohre. Das hintere Ende des Bohrgestänges wird von einer an einem Rahmen befestigten Bohrmaschine angetrieben, wobei der Bohrdrehsinn dem Anzugsdrehsinn der Bohrstangengewinde entspricht. Der Antrieb des Bohrmeisseis erfolgt in der Regel pneumatisch, wobei von einem Kompressor am hinteren Ende des Bohrgestänges Druckluft in die zusammengeschraubten Bohrrohre eingespeist und zum Bohrmeissel geführt wird. Bei Bohrungen in einem verdichtbaren bzw. komprimierbaren Medium wie z.B. Erde, Sandstein oder Seekreide können Bohrvorrichtungen eingesetzt werden, die das Medium beim Vortreiben des Bohrkopfs lediglich verdrängen. Solche Bohrvorrichtungen sind in der Regel für Trockenbohrungen ohne Spülflüssigkeit ausgebildet. Es sind auch andere Bohrvorrichtungen bekannt, bei denen das Medium durch den Bohrkopf ausgebrochen und beispielsweise mittels Wasser oder Druckluft oder anderen Mitteln nach aussen gespült bzw. gefördert wird. Beim Vortrieb des Bohrgestänges wird jeweils an dessen Ende ein weiteres Bohrrohr angeschraubt, sobald die vorangehende Vortriebslänge der Länge eines Bohrrohrs entspricht. Herkömmlich sind die Bohrrohre aus Stahl gefertigt und entsprechend unhandlich und schwer. Sie umfassen jeweils am einen Ende eine Gewindehülse mit einem Innengewinde und am anderen Ende einen Gewindezapfen mit einem Aussengewinde, wobei diese Gewinde genormte American Petroleum Institut- bzw. kurz API-Gewinde sind. Es ist bekannt, solche Gewindekupplungen direkt einstückig an einem Rohrstück auszubilden oder durch Schweissen, unter anderem durch Reib-schweissen, mit dem Rohrstück zu verbinden. Zum Befestigen eines zusätzlichen Bohrrohrs am Bohrgestänge kann das Bohrgestänge z.B. mittels eines Gabelschlüssels am Gerüst der Bohrmaschine festgehalten werden, während durch die Rotationsbewegung der Bohrmaschine das zusätzliche Bohrrohr festgeschraubt wird.For laying cables in the ground today increasingly trenchless techniques are used. Compared to the conventional excavation of trenches, no landscape damage occurs. Buildings, railway lines, roads, waters or other obstacles are undercut or bypassed by a controllable drill head or drill bit of a so-called horizontal drilling rig. The drill head is arranged at the front end of a drill pipe. This includes a plurality of screwed by means of threaded couplings boring bars or drill pipes. The rear end of the drill string is driven by a drilling machine attached to a frame, the drill rotation corresponding to the tightening rotation of the drill rod threads. The drive of the Bohrmeisseis is usually pneumatic, being fed by a compressor at the rear end of the drill pipe compressed air in the screwed together Bohrrohre and fed to the drill bit. When drilling in a compressible or compressible medium such as. Soil, sandstone or sea crayon drilling devices can be used, which merely displace the medium when driving the drill head. Such drilling devices are usually designed for dry drilling without rinsing liquid. There are also other drilling devices are known in which the medium is broken through the drill head and, for example, flushed or conveyed by means of water or compressed air or other means to the outside. When propulsion of the drill string a further drill pipe is screwed at the end thereof, as soon as the preceding propulsion length corresponds to the length of a drill pipe. Conventionally, the drill pipes are made of steel and accordingly unwieldy and heavy. They each comprise at one end a threaded sleeve with an internal thread and at the other end a threaded pin with an external thread, these threads are standardized American Petroleum Institute or short API threads. It is known to form such threaded couplings directly in one piece on a piece of pipe or by welding, inter alia, by friction welding, to connect with the pipe section. For attaching an additional drill pipe to the drill string, the drill string may be e.g. be held on the frame of the drill by means of a fork wrench, while the additional drill pipe is screwed by the rotational movement of the drill.

[0003] Herkömmliche Bohrrohre aus Stahl sind schwer und haben relativ grosse Wandstärken und demzufolge relativ geringe freie Innenquerschnittsflächen. Sie lassen sich nur geringfügig elastisch verformen bzw. biegen. Die minimalen Krümmungsradien beim Bohren liegen in der Grössenordnung von etwa 25m. Wirken grössere Biegemomente auf ein Bohrrohr aus Stahl, so können zwar die minimalen Krümmungsradien weiter bis auf 15m reduziert werden, jedoch werden dabei die Bohrrohre in der Regel auch plastisch verformt. Entsprechend niedrig sind die Standzeiten bei solchen Einsatzbedingungen. Trockenbohrungen mit kleinen Bohrlochdurchmessern von z.B. 5 cm können oft in einem einzigen Durchgang erstellt werden. Zur Erstellung von Bohrlöchern mit grösseren Durchmessern wird in der Regel eine Pilotbohrung mit einem kleinen Bohrlochdurchmesser durchgeführt. Vor dem Zurückziehen des Bohrgestänges wird der Bohrmeissel durch ein Räum- oder Verdrängungswerkzeug ersetzt. Beim Rückzug des Bohrgestänges weitet das Verdrängungswerkzeug das Bohrloch auf den gewünschten Durchmesser auf. Der Drehsinn beim Zurückziehen ist in der Regel gleich wie bei Vortrieb. Das Verdrängungswerkzeug kann ebenfalls durch Druckluft angetrieben werden. Bohrrohre, die für Trockenbohrungen ausgelegt sind und in Verbindung mit Bohrmeissein eingesetzt werden, die nach dem Verdrängungsprinzip arbeiten, haben in der Regel Aussendurchmesser im Bereich von etwas weniger als 5cm bis etwa 30cm. Bohrrohre mit kleinen Innendurchmessern verursachen mit zunehmender Länge einen relativ grossen Druckabfall der zum Antrieb des Bohrmeis-sels benötigten Druckluft. Dies gilt insbesondere auch im Bereich der Gewindekupplungen, wo sich der Innenquerschnitt herkömmlicher Bohrgestänge in Längsrichtung gesehen jeweils ab rupt verringert. Zudem weisen herkömmliche Bohrgestänge im Bereich der Gewindekupplungen auch einen grösseren Aussendurchmesser auf. Dadurch wird der zwischen der Aussenseite des Bohrgestänges und der Wand des Bohrlochs zurückströmende Abluftstrom ebenfalls behindert. Ein weiterer Nachteil von Bohrrohren aus Stahl ist deren elektrische Leitfähigkeit. Elektrische Spannungen können leicht vom Bohrkopf zur Bohrmaschine übertragen werden. Trifft der Bohrkopf während des Bohrens versehentlich auf eine elektrische Leitung, kann dies für Personen im Bereich der Bohrmaschine lebensgefährlich sein. Zur Minimierung der Gefahr eines Stromschlags werden herkömmlich batteriebetriebene Warngeräte mit der Bohrvorrichtung verbunden. Diese geben aber lediglich ein akustisches Warnsignal aus, wenn das Bohrgestänge unter Spannung steht. Ein effektiver Personenschutz kann dabei nur mittels einer aufwändigen zusätzlichen Erdung erreicht werden.Conventional drill pipes made of steel are heavy and have relatively large wall thicknesses and consequently relatively small free internal cross-sectional areas. They can only be slightly elastically deformed or bent. The minimum radii of curvature during drilling are on the order of about 25m. If larger bending moments act on a steel drill pipe, then although the minimum radii of curvature can be further reduced to 15 m, the drill pipes are usually plastically deformed as well. The service lives are correspondingly low under such operating conditions. Dry bores with small borehole diameters of e.g. 5 cm can often be created in a single pass. In order to create wells with larger diameters, a pilot well is usually performed with a small hole diameter. Prior to retracting the drill string, the drill bit is replaced with a clearing or displacement tool. As the drill string retracts, the displacement tool expands the wellbore to the desired diameter. The direction of rotation when retracting is usually the same as for propulsion. The displacement tool can also be driven by compressed air. Drill pipes designed for dry drilling and used in conjunction with drilling dies that work on the displacement principle usually have outside diameters in the range of a little less than 5 cm to about 30 cm. Drill pipes with small inner diameters cause with increasing length a relatively large pressure drop of the compressed air required for driving the Bohrmeis-sels. This is especially true in the field of threaded couplings, where seen the inner cross-section of conventional drill pipe in the longitudinal direction decreases from rupt. In addition, conventional drill pipe in the field of threaded couplings also have a larger outer diameter. As a result, the exhaust air flow flowing back between the outside of the drill pipe and the wall of the borehole is also hindered. Another disadvantage of steel drill pipes is their electrical conductivity. Electrical voltages can be easily transferred from the drill head to the drill. If the drill head accidentally encounters an electrical line while drilling, this can be life-threatening for persons in the field of drilling machines. To minimize the risk of electric shock, battery-powered warning devices are conventionally connected to the drilling device. However, these only give an audible warning signal when the drill pipe is under tension. An effective personal protection can be achieved only by means of a complex additional grounding.

[0004] Zur Steuerung der Bohrrichtung wird ein Ortungssystem verwendet, welches die Lage des Bohrkopfs z.B. anhand von magnetischen Eigenschaften oder anhand von Funksignalen einer Radiosonde ermitteln kann. Weicht die erfasste Ist-Position von einer vorgegebenen Soll-Position ab, wird auf den Bohrkopf eine radiale Kraft ausgeübt, derart, dass der Bohrkopf beim Vortreiben möglichst genau auf der vorgegebenen Bahn bleibt. Für diesen Zweck kann der Bohrkopf z.B. eine bezüglich der Bohrachse asymmetrisch ausgebildete Keilform mit einer Führungsfläche aufweisen. Beim Vorschub ohne Rotation bestimmt die jeweilige Orientierung der Führungsfläche den weiteren Verlauf der Bohrung. Beim Vorschub mit Rotation hingegen gleichen sich die radial auf die Führungsfläche wirkenden Kräfte im Mittel aus, sodass die Bohrrichtung geradlinig verläuft.For controlling the drilling direction, a locating system is used, which detects the position of the drill head, e.g. determine by magnetic properties or by radio signals of a radiosonde. If the detected actual position deviates from a predetermined desired position, a radial force is exerted on the drill head, such that the drill head remains as accurately as possible on the given path during driving. For this purpose, the drill head may be e.g. have a respect to the drilling axis asymmetrically formed wedge shape with a guide surface. During feed without rotation, the respective orientation of the guide surface determines the further course of the bore. On the other hand, during feed with rotation, the forces acting radially on the guide surface balance out on average, so that the drilling direction is rectilinear.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vergleichsweise leichtes, einfach handhabbares und effizientes Bohrrohr für eine Bohrvorrichtung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bohrrohr und durch ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäss den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 13.The object of the present invention is to provide a comparatively lightweight, easy to handle and efficient drill pipe for a drilling apparatus and a method for its production. This object is achieved by a drill pipe and by a method for its production according to the features of patent claims 1 and 13.

[0006] Mit einem aus solchen Bohrrohren zusammengesetzten Bohrgestänge können Bohrungen mit vergleichsweise geringen Krümmungsradien erstellt werden. Aufgrund des geringen Gewichts eignen sich solche Bohrrohre insbesondere hervorragend für Bohrungen, die im Zusammenhang mit Hausanschlüssen ausgeführt werden müssen. Sie können einfach transportiert und deshalb auch im Inneren eines Gebäudes angewendet werden.With a composite of such drill pipes drill pipe holes with relatively small radii of curvature can be created. Due to the low weight, such drill pipes are particularly well suited for drilling, which must be carried out in connection with house connections. They can be easily transported and therefore used inside a building.

[0007] Das erfindungsgemässe Bohrrohr umfasst einen Rohrkörper aus einem vielschichtigen Faser-Verbund-Kunststoff (FVK). Im Vergleich zu herkömmlichen Bohrrohren aus Stahl sind die erfindungsgemässen Bohrrohre deutlich leichter und haben dennoch eine hohe Torsionssteifigkeit. Zudem ist die Biegeelastizität der erfindungsgemässen Bohrrohre wesentlich grösser als jene von herkömmlichen Bohrrohren, sodass problemlos Bohrungen mit relativ kleinen Biegeradien von weniger als 15m durchgeführt werden können. Mit besonders optimierten Rohren dieser Art können sogar Biegeradien von 8m und weniger erreicht werden, wobei das Bohrrohr jeweils zerstörungsfrei elastisch verformt wird.The inventive drill pipe comprises a tubular body made of a multi-layered fiber composite plastic (FRP). Compared to conventional drill pipes made of steel, the drill pipes according to the invention are significantly lighter and nevertheless have a high torsional rigidity. In addition, the bending elasticity of the inventive drill pipes is much larger than that of conventional drill pipes, so that holes with relatively small bending radii of less than 15m can be easily performed. With specially optimized tubes of this type even bending radii of 8m and less can be achieved, whereby the drill pipe is deformed non-destructively elastically.

[0008] Zur Verhinderung oder Verminderung des Verschleisses bzw. der Verletzung von Fasern beim Bohren können das Bohrrohr oder Teile davon mit einer abriebfesten Schutzschicht ummantelt sein. Diese ist vorzugsweise erneuerbar. Sobald die Schutzschicht abgenutzt ist, kann eine neue Schutzschicht aufgetragen werden, wodurch sich die Standzeit der Bohrrohre deutlich verlängert. Die Schutzschicht kann beispielsweise ein Laminat mit Aramidfasern umfassen, die in einer oder mehreren Lagen unidirektional gewunden sind. Aramid ist sehr zäh und hat ein hohes elastisches Energieaufnahmevermögen. Alternativ kann die Schutzschicht z.B. auch einen keramischen Faserverbundwerkstoff umfassen. Selbstverständlich kann bei Bedarf auch an der Innenwand des Bohrrohrs eine solche Schutzschicht ausgebildet sein. Zur Herstellung eines solchen Bohrrohrs kann z.B. ein dünnwandiges Rohr mit guten Gleiteigenschaften ausgebildet sein. Die Herstellung eines solchen Bohrrohrs kann z.B. von der Aussenseite her erfolgen, indem auf ein dünnes Innenrohr Fasern aufgewunden werden. Wenn das Bohrrohr von aussen her aufgebaut wird, wenn also beispielsweise Fasern auf eine Innenhülse aufgewunden werden, oder wenn in sonstiger Weise Schichten auf der Innenhülse aufgebaut werden, erleichtert dies bei der Herstellung der Bohrrohre das Abziehen der Rohrkörper von der Spindel einer Wickelmaschine. Die Schutzschichten können auch keramische oder keramisch beschichtete Teile umfassen, insbesondere keramisch beschichtete Fasern oder Folien oder keramische Hülsen.To prevent or reduce the wear or the injury of fibers during drilling, the drill pipe or parts thereof may be coated with an abrasion-resistant protective layer. This is preferably renewable. Once the protective layer has worn off, a new protective layer can be applied, which significantly extends the service life of the drill pipes. The protective layer may comprise, for example, a laminate with aramid fibers which are unidirectionally wound in one or more layers. Aramid is very tough and has a high elastic energy absorption capacity. Alternatively, the protective layer may be e.g. also comprise a ceramic fiber composite material. Of course, if necessary, also be formed on the inner wall of the drill pipe, such a protective layer. For producing such a drill pipe, e.g. be formed a thin-walled tube with good sliding properties. The manufacture of such a drill pipe can e.g. from the outside done by fibers are wound on a thin inner tube. If the drill pipe is constructed from the outside, so if, for example, fibers are wound on an inner sleeve, or if otherwise built up layers on the inner sleeve, this facilitates the removal of the tubular body from the spindle of a winding machine in the production of the drill pipes. The protective layers may also comprise ceramic or ceramic coated parts, in particular ceramic coated fibers or films or ceramic sleeves.

[0009] Alternativ zum Aufbau eines Bohrrohrs von aussen her ist auch eine Fertigung von innen her möglich. So können beispielsweise von der Innenseite her in einer Form oder einer äusseren Schutzhülse eine oder mehrere Schichten aufgeschleudert oder in sonstiger Weise aufgebracht werden. Diese Schichten können z.B. Faserverbundwerkstoffe sein, wobei die Fasern in eine Kunststoff matrix eingebettet sind. Die Fasern einer, mehrerer oder aller Schichten können auch gewoben oder geflochten sein.Alternatively to the construction of a drill pipe from the outside, a production from the inside is possible. Thus, for example, one or more layers can be spin-coated or otherwise applied from the inside in a mold or an outer protective sleeve. These layers may e.g. Be fiber composites, wherein the fibers are embedded in a plastic matrix. The fibers of one, several or all layers can also be woven or braided.

[0010] Insbesondere können auch Faserstränge mit mehreren oder vielen vorzugsweise nebeneinander angeordneten, parallel ausgerichteten Fasern zu Matten oder Schläuchen geflochten sein. Die Verbindung mit dem Matrixwerkstoff, beispielsweise einem aushärtenden Harz, erfolgt vorzugsweise in einer Form. Dabei können die Verbundmaterialien z.B. zwischen einer Trennfolie und der Form angeordnet sein und durch Absaugen von Luft bzw. durch Vakuum zusammengepresst werden. Alternativ kann die Trennfolie auch mittels Luftdruck oder in anderer Weise angepresst werden. Anstelle von wieder abzulösenden Trennfolien können auch Flächengebilde zum Zusammenpressen der Verbundmaterialien verwendet werden, welche sich ebenfalls mit der Matrix verbinden. Solche sogenannt verlorene Flächengebilde können an der inneren oder äusseren Oberfläche des Bohrrohrs oder einer Schicht des Bohrrohrs ausgebildet sein. Sie können auch Funktionen wie z.B. eine Verbesserung von Gleit- oder Hafteigenschaften übernehmen oder als Schutzschicht wirken. Insbesondere besteht die Möglichkeit, solche Schichten schlauchförmig auszubilden und in einem Blasformprozess von innen her gegen die in eine Form eingebrachten Verbundmaterialien zu pressen. Bei einer besonders vorteilhaften Fertigungstechnik ragen die Enden des im Blasformprozess zu expandierenden Schlauchs in die Kupplungsstücke hinein, welche die beiden Enden des herzustellenden Bohrrohres bilden. Auf diese Weise können diese Kupplungsstücke beim Formen und Aushärten des Bohrrohrs gleichzeitig mit dem Rohrkörper des Bohrrohrs verbunden werden. Vorzugsweise sind an den dem Rohrkörper zugewandten Enden der Kupplungsstücke Verzahnungsstrukturen wie Nuten oder Rippen ausgebildet, welche eine formschlüssige und verdrehsichere Verbindung dieser Kupplungsstücke mit dem Rohrkörper ermöglichen. Beim Zusammenpressen werden Matrix und Fasern des Verbundwerkstoffs in die Freiräume der Verzahnungsstruktur gepresst und sorgen für eine sichere Verbindung der Kupplungsstücke mit dem Rohrkörper. Die Wandstärken der erfindungsgemässen Bohrrohre sind in der Regel kleiner als jene vergleichbarer herkömmlicher Bohrrohre aus Stahl. Entsprechend sind die freien Innenquerschnitte zum Durchleiten von Druckluft für den Betrieb des Bohrmeisseis grösser. Der Druckabfall im Rohr ist folglich relativ klein. Dies gilt insbesondere bei Bohrrohren mit kleinen Aussendurchmessern von z.B. weniger als 60mm wie sie vorzugsweise zum Erstellen von Pilotbohrungen oder bei Bohrungen für Hausanschlüsse verwendet werden.In particular, fiber strands with several or many preferably juxtaposed, parallel aligned fibers can be braided into mats or tubes. The compound with the matrix material, for example a curing resin, preferably takes place in a mold. The composite materials may be e.g. be arranged between a release film and the mold and compressed by suction of air or by vacuum. Alternatively, the release film can also be pressed by means of air pressure or in another way. Instead of releasing release films can also be used to compress the composite materials, which also connect to the matrix. Such so-called lost sheets may be formed on the inner or outer surface of the drill pipe or a layer of the drill pipe. You can also use functions such as take over an improvement of sliding or adhesive properties or act as a protective layer. In particular, it is possible to form such layers tubular and to press in a blow molding process from the inside against the introduced into a mold composite materials. In a particularly advantageous production technique, the ends of the tube to be expanded in the blow molding process protrude into the coupling pieces which form the two ends of the drill pipe to be produced. In this way, these couplings can be connected during molding and curing of the drill pipe simultaneously with the tubular body of the drill pipe. Preferably, toothed structures such as grooves or ribs are formed on the ends of the coupling pieces facing the tubular body, which enable a form-fitting and torsion-proof connection of these coupling pieces with the tubular body. During compression, the matrix and fibers of the composite material are pressed into the free spaces of the tooth structure and ensure a secure connection of the coupling pieces to the tubular body. The wall thicknesses of the drill pipes according to the invention are generally smaller than those of comparable conventional steel drill pipes. Accordingly, the free inner cross sections for passing compressed air for the operation of Bohrmeisseis are greater. The pressure drop in the pipe is therefore relatively small. This is especially true for drill pipes with small outside diameters of e.g. less than 60mm as they are preferably used to make pilot holes or drill holes for house connections.

[0011] Durch strömungsgünstig ausgebildete Kanäle kann der Druckabfall im Bereich der Kupplungselemente stark reduziert werden. Anstelle von sprunghaften Änderungen des freien Innenquerschnitts der Bohrrohre im Bereich der Kupplungselemente infolge von Absätzen weisen die erfindungsgemässen Kupplungselemente in Strömungsrichtung möglichst kontinuierlich ändernde freie Innenquerschnitte auf, sodass die Gefahr von Turbulenzen bzw. Verwirbelungen der im Bohrgestänge geförderten Druckluft minimal ist. Die Kupplungselemente sind vorzugsweise so ausgebildet, dass der Aussendurchmesser der Bohrgestänge im Bereich dieser Kupplungselemente nicht wesentlich grösser ist als in den dazwischen liegenden Bereichen der Bohrrohre. Beim Bohren mit einem Bohrmeissel, der den Aussendurchmesser der Bohrrohre radial überragt, entsteht somit zwischen dem Bohrgestänge und der Innenwand der Bohrung ein Freiraum, der sich über die ganze Länge der Bohrung erstreckt und zum Abführen der Druckluft und gegebenenfalls von Ausbruchmaterial aus dem Bohrloch genutzt werden kann. Die Abfuhr der Druckluft aus dem Bohrloch ist somit ebenfalls ohne bzw. nur mit minimalen Behinderungen möglich. Im Weiteren umfassen die Bohrrohre elektrisch isolierende Teile oderBy aerodynamically designed channels, the pressure drop in the coupling elements can be greatly reduced. Instead of sudden changes in the free inner cross section of the drill pipes in the region of the coupling elements as a result of paragraphs, the inventive coupling elements in the flow direction as continuously changing free inner cross sections, so that the risk of turbulence or turbulence of the funded in the drill pipe compressed air is minimal. The coupling elements are preferably formed so that the outer diameter of the drill pipe in the region of these coupling elements is not substantially greater than in the intermediate areas of the drill pipes. When drilling with a drill bit, which projects beyond the outer diameter of the drill pipes radially, thus creating between the drill string and the inner wall of the bore a space which extends over the entire length of the bore and are used for discharging the compressed air and possibly outbreak material from the wellbore can. The removal of the compressed air from the borehole is thus also possible without or only with minimal disabilities. In addition, the drill pipes comprise electrically insulating parts or

Bereiche, derart, dass keine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Bohrkopf und dem hinteren Ende des Bohrgestänges möglich ist. Sollte der Bohrkopf beim Bohren versehentlich auf eine elektrische Leitung treffen, ist damit der Schutz von Personen vor Stromschlägen sichergestellt.Areas such that no electrically conductive connection between the drill head and the rear end of the drill string is possible. If the drill head accidentally strikes an electrical line during drilling, it protects the person from electric shock.

[0012] Im Vergleich zu herkömmlichen Bohrrohren ist der energetische Wirkungsgrad mit den erfindungsgemässen Bohrrohren bedeutend grösser.Compared to conventional drill pipes, the energy efficiency with the inventive drill pipes is significantly larger.

[0013] Anhand einiger Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen [0014] Figur 1 ein herkömmliches Bohrrohr mit einem Rohrkörper aus Stahl mit sprunghaft kleineren Innendurchmessern im Bereich der Kupplungsteile, [0015] Figur 2 eine erste Ausführungsform eines strömungsgünstig ausgebildeten Bohrrohrs, [0016] Figur 3 eine zweite Ausführungsform eines strömungsgünstig ausgebildeten Bohrrohrs, [0017] Figur 4 eine Detailansicht im Bereich zweier zusammengeschlossener Bohrrohre ent sprechend der Ausführungsform gemäss Figur 3, [0018] Figur 5 eine schematische Darstellung des Rohrkörpers mit in unterschiedlicher Weise gewundenen Fasern, [0019] Figur 6 ein Querschnitt eines mehrschichtigen Rohrkörpers, [0020] Figur 7 ein schematisch dargestelltes, elastisch gebogenes Bohrgestänge.Based on some figures, the invention will be explained in more detail. 1 shows a conventional drill pipe with a tubular body made of steel with abruptly smaller inner diameters in the region of the coupling parts, FIG. 2 shows a first embodiment of a flow-optimized drill pipe, FIG. 3 shows a second embodiment of a flow-optimized drill pipe, [0015] FIG. 5 shows a schematic representation of the tubular body with fibers twisted in different ways, FIG. 6 shows a cross-section of a multilayer tubular body, [0020] [0020] FIG ] Figure 7 is a schematically illustrated, elastically bent drill pipe.

[0021] Figur 1 zeigt ein Bohrrohr 1, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Es umfasst einen Rohrkörper 3 aus Stahl. Der Aussendurchmesser des Rohrkörpers 3 ist mit D1 bezeichnet, der Innendurchmesser mit D2. Am einen Ende ist ein erstes Kupplungsteil 5a fest mit dem Rohrkörper 3 verbunden, am anderen Ende ein mit dem ersten Kupplungsteil 5a korrespondierendes zweites Kupplungsteil 5b. Im in Figur 1 dargestellten Beispiel umfassen das erste Kupplungsteil 5a ein konisches Aussengewinde und das zweite Kupplungsteil 5b ein entsprechendes Innengewinde gemäss API (American Petroleum Institute)-Standard. Die Kupplungsteile 5a, 5b oder allgemein die Fittinge haben an der dem Rohrkörper 3 zugewandten Seite einen Anschlussstutzen 7a, 7b, mit einem an den Innendurchmesser D2 des Rohrkörpers 3 angepassten Aussendurchmesser und mit einer Länge La bzw. Lb. Diese Anschlussstutzen 7a, 7b sind vollständig von den jeweiligen Enden her in den Rohrkörper 3 eingeschoben oder eingepresst und mit diesem verbunden. Eine an den Anschlussstutzen 7a, 7b angrenzende und diesen radial überragende Schulter 9a, 9b des Kupplungsteils 5a, 5b mit grösserem Aussendurchmesser D3, D4 liegt an der jeweiligen Stirnseite des Rohrkörpers 3 an. Die Kupplungsteile 5a, 5b sind z.B. mit dem Rohrkörper 3 verschweisst. Das erste Kupplungsteil 5a umfasst einen als durchgehende axiale Bohrung ausgebildeten ersten Kanal 11a mit einem Innendurchmesser D5. Am vorderen bzw. äusseren Ende hat das erste Kupplungsteil 5a einen Aussendruchmesser D6, der entsprechend der Konizität dieses ersten Kupplungsteils 5a kleiner ist als der Aussendurchmesser D3 im Bereich der Schulter 9a. Die äussere Öffnung des ersten Kanals 11a ist somit von einem ringförmigen äusseren Absatz 13a der Stärke (D6-D5)/2 ummantelt. Die innere Öffnung des ersten Kanals 11a ist in analoger Weise von einem ringförmigen inneren Absatz 15a der Stärke (D2-D5)/2 ummantelt.Figure 1 shows a drill pipe 1, as is known from the prior art. It comprises a tubular body 3 made of steel. The outer diameter of the tubular body 3 is denoted by D1, the inner diameter by D2. At one end, a first coupling part 5a is fixedly connected to the tubular body 3, at the other end a corresponding with the first coupling part 5a second coupling part 5b. In the example shown in FIG. 1, the first coupling part 5a comprises a conical external thread and the second coupling part 5b has a corresponding internal thread according to API (American Petroleum Institute) standard. The coupling parts 5a, 5b or in general the fittings have on the side facing the tubular body 3 a connecting piece 7a, 7b, with an outer diameter adapted to the inner diameter D2 of the tubular body 3 and having a length La or Lb. These connecting pieces 7a, 7b are complete pushed or pressed from the respective ends into the tubular body 3 and connected thereto. A shoulder 9a, 9b of the coupling part 5a, 5b with a larger outer diameter D3, D4 adjoining the connection piece 7a, 7b and projecting radially therefrom bears against the respective end face of the tubular body 3. The coupling parts 5a, 5b are e.g. welded to the tubular body 3. The first coupling part 5a comprises a first channel 11a, designed as a continuous axial bore, with an inner diameter D5. At the front and / or outer end, the first coupling part 5a has an outer diameter D6 which, in accordance with the conicity of this first coupling part 5a, is smaller than the outer diameter D3 in the region of the shoulder 9a. The outer opening of the first channel 11a is thus encased by an annular outer shoulder 13a of thickness (D6-D5) / 2. The inner opening of the first channel 11a is encased in an analogous manner by an annular inner shoulder 15a of thickness (D2-D5) / 2.

[0022] Das zweite Kupplungsteil 5b umfasst einen durchgehenden axialen zweiten Kanal 11b, der im Bereich des Anschlussstutzens 7b einen konstanten Durchmesser D7 aufweist und sich nach aussen hin trichterartig aufweitet. In diesem Abschnitt ist das konische Innengewinde ausgebildet. Am äusseren Ende hat das zweite Kupplungsteil 5b einen Innendruchmesser D8, der entsprechend der Konizität dieses zweiten Kupplungsteils 5b grösser ist als der Innendurchmesser D7 im Bereich der Schulter 9b. Die äussere Öffnung des zweiten Kanals 11b ist somit von einem ringförmigen äusseren Absatz 13b der Stärke (D4-D8)/2 ummantelt. Die innere Öffnung des zweiten Kanals 11b ist in analoger Weise von einem ringförmigen inneren Absatz 15b der Stärke (D2 -D7)/2 ummantelt.The second coupling part 5b comprises a continuous axial second channel 11b, which has a constant diameter D7 in the region of the connecting piece 7b and widens in a funnel-like manner towards the outside. In this section, the conical internal thread is formed. At the outer end, the second coupling part 5b has an inner diameter D8 which, in accordance with the conicity of this second coupling part 5b, is larger than the inner diameter D7 in the region of the shoulder 9b. The outer opening of the second channel 11b is thus encased by an annular outer shoulder 13b of thickness (D4-D8) / 2. The inner opening of the second channel 11b is encased in an analogous manner by an annular inner shoulder 15b of thickness (D2 -D7) / 2.

[0023] Bei zu Bohrgestängen zusammengesetzten herkömmlichen Bohrrohren können dieWhen assembled to drill rods conventional drill pipes, the

Absätze 13a, 15a, 13b, 15b bzw. abrupt ändernde und kleine Innendurchmesser bei der Durchleitung von Druckluft Turbulenzen und relativ hohe Druckverluste verursachen. Der Aussen-durchmesser D4 des zweiten Kupplungsteils 5b ist grösser als der Aussendurchmesser des Rohrkörpers 3. Deshalb wird das Ausströmen von Druckluft durch den Spalt zwischen Bohrrohr 1 und Bohrloch behindert.Paragraphs 13a, 15a, 13b, 15b or abruptly changing and small inner diameter in the passage of compressed air turbulence and cause relatively high pressure losses. The outer diameter D4 of the second coupling part 5b is larger than the outer diameter of the tubular body 3. Therefore, the outflow of compressed air through the gap between the drill pipe 1 and the well is hindered.

[0024] Figur 2 zeigt ein erfindungsgemässes Bohrrohr 1, bei dem die Kupplungsteile 5a, 5b strömungsgünstig ausgebildet sind. Im Unterschied zur herkömmlichen Ausführungsform gemäss Figur 1 erweitern sich die Strömungsquerschnitte der beiden Kanäle 11a, 11b im Bereich der Anschlussstutzen 7a, 7b kontinuierlich, sodass beim Durchströmen von Luft möglichst keine Turbulenzen und Druckverluste auftreten. Zudem ist der grösste Aussendurchmesser D4 des zweiten Kupplungsteils 5b zumindest näherungsweise gleich gross oder nur unwesentlich (d.h. nicht mehr als etwa 5 bis 10 Prozent) grösser als der Aussendurchmesser des Rohrkörpers 3. Das Austreten der Druckluft durch den Spalt zwischen dem Bohrrohr 1 und dem Bohrloch sowie gegebenenfalls die damit einhergehende Förderung von Ausbruchmaterial nach aussen werden somit kaum behindert.Figure 2 shows an inventive drill pipe 1, in which the coupling parts 5a, 5b are formed aerodynamically. In contrast to the conventional embodiment according to FIG. 1, the flow cross-sections of the two channels 11a, 11b extend continuously in the area of the connecting pieces 7a, 7b, so that turbulences and pressure losses do not occur when air flows through. In addition, the largest outer diameter D4 of the second coupling part 5b is at least approximately the same size or only insignificantly (ie not more than about 5 to 10 percent) larger than the outer diameter of the tubular body 3. The leakage of compressed air through the gap between the drill pipe 1 and the borehole and possibly the associated promotion of outbreak material to the outside are thus hardly hindered.

[0025] Im Bereich der dem Rohrkörper 3 zugewandten Enden der Anschlussstutzen 7a, 7b sind die Innendurchmesser D5', D7' nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser D2 des Rohrkörpers 3. Die zum Rohrkörper 3 hin gerichteten inneren Absätze 15a, 15b sind so klein, dass sie die Strömung nur noch unwesentlich beeinflussen. Diese Absätze 15a, 15b können auch abgerundet ausgebildet sein (keine Darstellung). Alternativ können die Endabschnitte des Rohrkörpers 3 auf einer Länge, die der Länge La bzw. Lb der Anschlussstutzen 7a bzw. 7b entspricht, (eventuell zuzüglich einem geringen Spiel), gegenüber dem restlichen Innendurchmesser D2 leicht vergrösserte Innendurchmesser D2' aufweisen, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Die Anschlussstutzen 7a, 7b haben gleichermassen entsprechend vergrösserte Aussendurchmesser. Die stirnseitigen Absätze 15a, 15b der Anschlussstutzen 7a, 7b schliessen bei dieser Ausführungsform bündig an die Innenwand des restlichen Rohrkörpers 3 an.In the region of the tubular body 3 facing ends of the connecting pieces 7a, 7b, the inner diameter D5 ', D7' only slightly smaller than the inner diameter D2 of the tubular body 3. The directed towards the tubular body 3 inner shoulders 15a, 15b are so small that they affect the flow only insignificantly. These paragraphs 15a, 15b may also be rounded (no representation). Alternatively, the end sections of the tubular body 3 can have a slightly larger inner diameter D2 'than the remaining inner diameter D2 over a length corresponding to the length La or Lb of the connecting pieces 7a or 7b (possibly plus a slight clearance), as shown in FIG 3 is shown. The connecting pieces 7a, 7b have equally enlarged outer diameter. The frontal shoulders 15a, 15b of the connecting piece 7a, 7b close in this embodiment flush against the inner wall of the remaining tubular body 3.

[0026] In analoger Weise ist beim zweiten Kupplungsteil 5b im Übergangsbereich zwischen dem Anschlussstutzen 7b und dem Bereich mit dem konischen Innengewinde ein Absatz ausgebildet, der dem Absatz 15a am vorderen Ende des ersten Kupplungsteils 5a entspricht. Dies ermöglicht den bündigen Anschluss des ersten Kupplungsteils 5a eines weiteren Bohrrohres 1. Innerhalb des zweiten Anschlussstutzens 7b verjüngt sich der Innendurchmesser vom grösseren Wert D7' am vorderen, dem Rohrkörper 3 zugewandten Ende kontinuierlich zu einem kleineren Wert D7" am hinteren Ende. Anschliessend erweitert sich der Innendurchmesser sprungartig auf den Wert D7 am vorderen Ende des Abschnitts mit dem konischen Innengewinde. Die Breite des so gebildeten ringförmigen Absatzes entspricht jener des Absatzes 13a am vorderen Ende der ersten Kupplungsteils 5a, sodass die Innenquerschnitte zweier miteinander verbundener Bohrrohre 1 bündig aneinander anschliessen. Figur 4 zeigt einen vergrösserten Ausschnitt im Bereich der Verbindungsstelle zweier miteinander verbundener Bohrrohre 1 entsprechend der Ausführungsform gemäss Figur 3. Zwischen dem stirnseitigen vorderen Absatz 13a am vorderen Ende einen Bohrrohrs 1 und dem gegenüberliegenden ringförmigen Absatz des anderen Bohrrohrs 1 verbleibt im gekoppelten Zustand ein schmaler Spalt 17. Dadurch wird die einwandfreie kraftschlüssige Verbindung der Bohrrohre 1 mittels der Gewinde-Kupplungsteile 5a, 5b sichergestellt. Optional kann dieser Spalt 17 durch Einlage eines elastisch zusammen-pressbaren losen oder an einem der Kupplungsteile 5a, 5b befestigten Dichtungsring ausgefüllt werden (nicht dargestellt). Dies bewirkt eine weitere Verbesserung der Druckdichtheit der Bohrrohre 1.In an analogous manner, a shoulder is formed at the second coupling part 5b in the transition region between the connecting piece 7b and the region with the conical internal thread, which corresponds to the shoulder 15a at the front end of the first coupling part 5a. This allows the flush connection of the first coupling part 5a of a further drill pipe 1. Within the second connecting piece 7b, the inner diameter tapers from the larger value D7 'at the front, the tube body 3 end facing continuously to a smaller value D7 " at the far end. Subsequently, the inner diameter expands suddenly to the value D7 at the front end of the section with the conical internal thread. The width of the annular shoulder thus formed corresponds to that of the shoulder 13a at the front end of the first coupling part 5a, so that the inner cross sections of two interconnected drill pipes 1 are flush with each other. Figure 4 shows an enlarged section in the region of the junction of two interconnected drill pipes 1 according to the embodiment according to FIG 3. Between the front-side front shoulder 13a at the front end of a drill pipe 1 and the opposite annular shoulder of the other drill pipe 1 remains in the coupled state, a narrow gap 17. This ensures the proper frictional connection of the drill pipes 1 by means of the threaded coupling parts 5a, 5b. Optionally, this gap 17 can be filled by inserting an elastically compressible loose or attached to one of the coupling parts 5a, 5b sealing ring (not shown). This causes a further improvement of the pressure tightness of the drill pipes. 1

[0027] Nebst den beispielhaft dargestellten Ausführungsformen umfasst die Erfindung auch Bohrrohre 1 mit anders ausgestalteten Kupplungsteilen 5a, 5b, bei denen sich der Innenquerschnitt innerhalb dieser Kupplungsteile 5a, 5b zum Rohrkörper 3 hin möglichst kontinuierlich aufgeweitet. Die Aufweitung kann sich über die ganze Länge der Kupplungsteile 5a, 5b oder nur über einen oder mehrere Abschnitte dieser Kupplungsteile 5a, 5b erstrecken. Die radiale Aufweitung des Innenquerschnitts kann einen oder mehrere lineare und/oder - wie in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt - in beliebiger strömungsgünstiger Form ausgebildete Abschnitte umfas- sen. Zumindest sollten die Übergänge zwischen den unterschiedlichen Innendurchmessern nicht nur je einen einzigen sprunghaften Absatz aufweisen.In addition to the embodiments shown by way of example, the invention also includes drill pipes 1 with differently configured coupling parts 5a, 5b, in which the internal cross-section within these coupling parts 5a, 5b widens as continuously as possible towards the tubular body 3. The widening can extend over the entire length of the coupling parts 5a, 5b or only over one or more sections of these coupling parts 5a, 5b. The radial widening of the inner cross section may comprise one or more linear and / or - as shown in Figures 2, 3 and 4 - formed in any streamlined shape sections. At the very least, the transitions between the different inside diameters should not only each have a single erratic paragraph.

[0028] Figur 5 zeigt prinzipiell den Aufbau eines Rohrkörpers 3 aus Verbund-Faser-Kunststoff Bei solchen Bohrrohren 1 sind Fasern 19a eines ersten Fasertyps mit hohem Elastizitätsmodul wie z.B. Kohlestofffasern unter einem Steigungswinkel ai von betragsmässig weniger als 60°, vorzugsweise etwa 45°, und Fasern 19b eines zweiten Fasertyps mit einem geringeren Elastizitätsmodul wie z.B. Glasfasern unter einem Steigungswinkel a2 von betragsmässig mehr als 60°, vorzugsweise etwa zwischen 75° und 85°, in eine Matrix 21 aus einem Harz eingebettet und zu einem Rohrkörper 3 gewunden. Die Fasern 19a, 19b sind in einer Vielzahl von Lagen jeweils unidirektional und dicht oder mit sehr geringem gegenseitigem Abstand gewunden. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in Figur 5 nur wenige Fasern 19a, 19b dargestellt, bei denen der Steigungswinkel ai der ersten Fasern 19a etwa 45° und -45° und der Steigungswinkel a2 der zweiten Fasern 19b etwa 25° und -25° beträgt.Figure 5 shows in principle the structure of a tubular body 3 made of composite fiber-plastic In such drill pipes 1 are fibers 19a of a first fiber type with high elastic modulus such. Carbon fibers at a pitch angle ai of less than 60 ° in absolute value, preferably about 45 °, and fibers 19b of a second fiber type with a lower elastic modulus such. Glass fibers at a pitch angle a2 of magnitude more than 60 °, preferably between about 75 ° and 85 °, embedded in a matrix 21 made of a resin and wound into a tubular body 3. The fibers 19a, 19b are wound unidirectionally and densely or with a very small mutual spacing in a plurality of layers. For better clarity, only a few fibers 19a, 19b are shown in FIG. 5, in which the pitch angle ai of the first fibers 19a is approximately 45 ° and -45 ° and the pitch angle a2 of the second fibers 19b is approximately 25 ° and -25 °.

[0029] Figur 6 zeigt schematisch einen Querschnitt des Rohrkörpers 3, bei dem eine innere erste Schicht 23 mit Glasfasern von einer zweiten Schicht 25 mit Kohlestofffasern ummantelt ist. Die zweite Schicht 25 wiederum ist von einer dritten Schicht 27 aus Glasfasern ummantelt. Die äusserste Schicht 29 ist als Schutzschicht mit laminierten Aramidfasern ausgebildet.Figure 6 shows schematically a cross section of the tubular body 3, in which an inner first layer 23 is clad with glass fibers of a second layer 25 with carbon fibers. The second layer 25 in turn is covered by a third layer 27 of glass fibers. The outermost layer 29 is formed as a protective layer with laminated aramid fibers.

[0030] Die Schichten 23, 25, 27 mit Glasfasern und Kohlestofffasern umfassen je eine Mehrzahl von z.B. zwei bis z.B. 50 Lagen dieser Fasern 19a, 19b. Die Orientierung der Fasern in jeder der einzelnen Schichten 23, 25, 27 kann von Lage zu Lage gleich oder unterschiedlich sein. Dies gilt auch für die Schutzschicht aus Aramidfasern. Alternativ könnte die Schutzschicht auch in anderer Weise ausgebildet sein. Als Werkstoff für die Matrix 21 wird vorzugsweise ein aushärtendes Epoxyharz verwendet. Nebst der äussersten Schicht 29 kann zusätzlich auch auf der Innenseite des Rohrkörpers 3 eine Schutzschicht ausgebildet sein (nicht dargestellt).The glass fiber and carbon fiber layers 23, 25, 27 each comprise a plurality of e.g. two to e.g. 50 layers of these fibers 19a, 19b. The orientation of the fibers in each of the individual layers 23, 25, 27 may be the same or different from layer to layer. This also applies to the protective layer of aramid fibers. Alternatively, the protective layer could also be formed in another way. As the material for the matrix 21, a thermosetting epoxy resin is preferably used. In addition to the outermost layer 29 may also be formed on the inside of the tubular body 3, a protective layer (not shown).

[0031] Der Rohrkörper 3 kann zylindrisch oder leicht konisch ausgebildet sein. Letzteres erleichtert das Abziehen des Rohrkörpers 3 von einer Spindel nach dessen Fertigung. Insbesondere besteht die Möglichkeit, die Fasern auf ein sehr dünnwandiges Kernrohr aufzuwickeln, welches nach der Fertigstellung als innere Schutzschicht im Rohrkörper 3 verbleibt (nicht dargestellt).The tubular body 3 may be cylindrical or slightly conical. The latter facilitates the removal of the tubular body 3 from a spindle after its manufacture. In particular, it is possible to wind the fibers on a very thin-walled core tube, which remains after completion as an inner protective layer in the tubular body 3 (not shown).

[0032] Die zweite Schicht 25 mit den Kohlestofffasern ist elektrisch leitend. Sie ist innen und aussen durch die Glasfaserschichten 23, 27 elektrisch isoliert. Die Kupplungsteile 5a, 5b sind vorzugsweise durch Kleben mit den Enden des Rohrkörpers 3 verbunden. Sie können z.B. aus Stahl oder einem anderen Metall gefertigt sein und sind elektrisch von den leitenden Kohlestofffasern des Rohrkörpers 3 isoliert. Als Isolation können z.B. die Glasfaser- und/oder Schutzschichten genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Rohrenden und/oder die Kupplungsteile 5a, 5b durch zusätzliche, hier nicht näher spezifizierte Mittel elektrisch isoliert werden. Anstelle von Metall können die Kupplungsteile 5a, 5b auch aus anderen Werkstoffen gefertigt werden, insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, beispielsweise wie die Rohrkörper 3 aus einem Faserverbundwerkstoff oder aus einem keramischen Werkstoff.The second layer 25 with the carbon fibers is electrically conductive. It is electrically insulated inside and outside by the glass fiber layers 23, 27. The coupling parts 5a, 5b are preferably adhesively bonded to the ends of the tubular body 3. You can e.g. be made of steel or other metal and are electrically isolated from the conductive carbon fiber fibers of the tubular body 3. As insulation, e.g. the glass fiber and / or protective layers are used. Alternatively or additionally, the pipe ends and / or the coupling parts 5a, 5b can be electrically insulated by additional, unspecified means here. Instead of metal, the coupling parts 5a, 5b can be made of other materials, in particular of an electrically insulating material, such as the tubular body 3 made of a fiber composite material or a ceramic material.

[0033] Zur Verbesserung der Verbindung der Kupplungsteile 5a, 5b mit dem Rohrkörper 3 können an den Aussenseiten der Anschlussstutzen 7a, 7b z.B. Rippen und an den Innenseiten der Rohrkörper 3 damit korrespondierende Nuten ausgebildet sein (nicht dargestellt). Dadurch kann insbesondere eine formschlüssige Verdrehsicherung der Kupplungsteile 5a, 5b erreicht werden. Die Aussendurchmesser der Anschlussstutzen 7a, 7b sind zumindest im Bereich der dem Rohrkörper 3 zugewandten Enden etwas kleiner als im Bereich der Schultern 9a, 9b. Dies kann z.B. durch eine stetige lineare oder gekrümmte Verkleinerung des Aussendurchmessers der Anschlussstutzen 7a, 7b zwischen den Schultern 9a, 9b und den inneren Absätzen 15a, 15b oder durch eine Anfasung der Anschlussstutzen 7a, 7b im Bereich der Absätze 15a, 15b erreicht werden. Dadurch wird verhindert, dass der Rohrkörper 3 oder Teile davon beim Biegen der Bohrrohre 1 durch Kanten der Anschlussstutzen 7a, 7b verletzt werden könnten. Zudem wirkt die entsprechend zu den Enden der Anschlussstutzen 7a, 7b hin zunehmende Dicke der Klebeschicht zwischen den Anschlussstutzen 7a, 7b und dem Rohrkörper 3 als Dämpfmittel.To improve the connection of the coupling parts 5a, 5b with the tubular body 3, the connecting pieces 7a, 7b may be provided on the outside, e.g. Ridges and on the inner sides of the tubular body 3 therewith corresponding grooves may be formed (not shown). As a result, in particular a form-locking rotation of the coupling parts 5a, 5b can be achieved. The outer diameter of the connecting pieces 7a, 7b are at least in the region of the pipe body 3 facing ends slightly smaller than in the region of the shoulders 9a, 9b. This can e.g. be achieved by a continuous linear or curved reduction of the outer diameter of the connecting pieces 7a, 7b between the shoulders 9a, 9b and the inner shoulders 15a, 15b or by chamfering the connecting pieces 7a, 7b in the region of paragraphs 15a, 15b. This prevents that the pipe body 3 or parts thereof during bending of the drill pipes 1 could be injured by edges of the connecting pieces 7a, 7b. In addition, the thickness of the adhesive layer, which increases in accordance with the ends of the connecting pieces 7a, 7b, acts as damping means between the connecting pieces 7a, 7b and the tubular body 3.

[0034] Die Rohrkörper 3 der erfindungsgemässen Bohrrohre 1 können in unterschiedlichen Abmessungen gefertigt werden. Typischerweise liegen die Längen L in der Grössenordnung von etwa 50cm bis etwa 150cm, beispielsweise etwa 80cm. Die Aussendurchmesser der Rohrkörper 3 entsprechen vorzugsweise dem Aussendurchmesser D4 der zweiten Kupplungsteile 5b. Sie können aber auch kleiner sein, wobei dann die zweiten Kupplungsteile 5b die Rohrkörper 3 radial überragen. Bei den bevorzugten kleinen Aussendurchmessern der Rohrkörper 3 im Bereich von etwa 2.5cm bis etwa 6cm cm ist die im Vergleich zu Stahlrohren dünne Wandstärke besonders vorteilhaft. Die erfindungsgemässen Bohrrohre 1 haben im Vergleich zu Stahlrohren trotz ausreichender Torsionssteifigkeit ein kleineres Gewicht und eine wesentlich höhere Biegeelastizität.The tubular body 3 of the inventive drill pipes 1 can be manufactured in different dimensions. Typically, the lengths L are on the order of about 50 cm to about 150 cm, for example about 80 cm. The outer diameter of the tubular body 3 preferably correspond to the outer diameter D4 of the second coupling parts 5b. But they can also be smaller, in which case the second coupling parts 5b project radially beyond the tubular body 3. In the preferred small outside diameters of the tubular body 3 in the range of about 2.5 cm to about 6 cm cm, the thin wall thickness compared to steel pipes is particularly advantageous. The inventive drill pipes 1 have in comparison to steel tubes despite sufficient torsional stiffness a smaller weight and a significantly higher bending elasticity.

[0035] Figur 7 zeigt schematisch einen aus mehreren Bohrrohren 1 zusammengesetzten Abschnitt eines Bohrgestänges, welches unter Einfluss eines Biegemoments elastisch zumindest näherungsweise zu einem Kreisbogen mit Biegeradius R verformt ist. Der kleinstmögliche Biegeradius Rmin, unter dem sich das Bohrgestänge zerstörungsfrei elastisch verformen lässt, hängt von verschiedenen Faktoren wie Material, Art und Anordnung der Fasern 19a, 19b in den Rohrkörpern 3, Aussendurchmesser und Wandstärke des Rohrkörpers 3, Material der Matrix 21, in welche die Fasern 19a, 19b eingebettet sind usw. ab. Bei einem Rohrkörper 3, der einen Innendurchmesser D2 von 45mm und eine Wandstärke von 6mm mit einem drei- bzw. vierschichtigen Aufbau gemäss Figur 6 aufweist, können beispielsweise minimale Biegeradien Rmin von etwa 8m erreicht werden.Figure 7 schematically shows a composite of several drill pipes 1 section of a drill string, which is elastically deformed under the influence of a bending moment at least approximately to a circular arc with bending radius R. The smallest possible bending radius Rmin under which the drill string can be deformed elastically without destruction depends on various factors such as material, type and arrangement of the fibers 19a, 19b in the tubular bodies 3, outer diameter and wall thickness of the tubular body 3, material of the matrix 21 into which the Fibers 19a, 19b are embedded, etc. from. In a tubular body 3, which has an inner diameter D2 of 45mm and a wall thickness of 6mm with a three- or four-layer structure according to Figure 6, for example, minimum bending radii Rmin of about 8m can be achieved.

[0036] Alternativ zu Kupplungsteilen 5a, 5b gemäss API-Standard können die Kupplungsteile 5a, 5b beliebig ausgebildet sein, sofern sie eine belastbare form- und/oder kraftschlüssige Verbindung der Bohrrohre 1 ermöglichen. Insbesondere können die Verbindungen so ausgestaltet sein, dass das Bohrgestänge auch mit gegenläufigem Drehsinn gedreht werden kann, ohne dass sich dadurch die Verbindung lösen würde. LEGENDE DER BEZUGSZEICHEN 1 Bohrrohr 3 Rohrkörper 5a, 5b Kupplungsteile 7a, 7b Anschlussstutzen 9a, 9b Schultern 11a, 11b Kanal 13a, 13b Äusserer Absatz 15a, 15b innerer Absatz 17 Spalt 19a, 19b Fasern 21 Matrix 23 erste Schicht 25 zweiten Schicht 27 dritten Schicht 29 äusserste SchichtAs an alternative to coupling parts 5a, 5b according to the API standard, the coupling parts 5a, 5b may be formed as desired, provided that they allow a resilient positive and / or non-positive connection of the drill pipes 1. In particular, the connections can be designed such that the drill pipe can also be rotated in opposite directions of rotation without thereby breaking the connection. LEGEND OF REFERENCE SIGNS 1 drill pipe 3 pipe body 5a, 5b coupling parts 7a, 7b connecting piece 9a, 9b shoulders 11a, 11b channel 13a, 13b outer heel 15a, 15b inner heel 17 gap 19a, 19b fibers 21 matrix 23 first layer 25 second layer 27 third layer 29 outermost layer

Claims

1. A drill pipe (1) for a drilling device, which is designed for the export of horizontal bores, comprising a torsionally rigid pipe body (3) with formed at the two ends of complementary coupling parts (5a, 5b) for connecting adjacent drill pipes (1) to a drill pipe, characterized in that the tubular body (3) is made of a fiber-composite plastic, and that the smallest bending radius Rmin, which can be achieved by elastic deformation of the drill pipe (1) when applying a bending moment Mbieg, smaller than 15m and that the coupling parts (5a, 5b) do not protrude radially beyond the tubular body (3) or only insignificantly.

A drill pipe (1) according to claim 1, characterized in that the pipe body (3) has a multilayer structure, wherein fibers of a first fiber type with a high modulus of elasticity in the direction of the fibers of more than 100 kN / mm 2 at a pitch angle are used to increase the torsional rigidity a, the amount moderate in the order of 30 ° to 60 °, are wound, and wherein to ensure sufficient flexibility fibers of a second fiber type with compared to the first fiber type lower elastic modulus under a magnitude larger pitch angle α of more than 60 ° are wound and that the fibers are embedded in a plastic matrix (21).

3. drill pipe (1) according to any one of claims 1 or 2, characterized in that fibers of the composite material are braided or woven into a fabric or hose.

4. drill pipe (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tubular body (3) has at least on its outer side an abrasion-resistant protective layer.

5. drill pipe (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that each of the coupling parts (5a, 5b) comprises a flow-shaped flow channel (11a, 11b), such that the pressure drop of the drill pipe (1) flowing through the fluid in this flow channel (11a, 11b) is low, and that the transition region of the flow channels (11a, 11b) of two interconnected drill pipes (1) is designed aerodynamically.

6. drill pipe (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coupling parts (5a, 5b) comprise tooth structures and with the tubular body (3) are positively connected and rotationally fixed.

7. drill pipe (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the complementary coupling parts (5a, 5b) are formed and connected to the tubular body (3) that the transition areas between the tubular body (3) and the coupling parts (5a, 5b) are formed aerodynamically.

8. drill pipe (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that electrically insulating safety elements are provided which the power line through the tubular body (3) in the axial direction from the first coupling part (5a) to the second coupling part (5b) and vice versa and prevent in the radial direction from the inside to the outside and vice versa.

9. drill pipe (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the tubular body (3) with the coupling parts (5a, 5b) is glued or integrally formed thereon.

10. drill pipe (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the coupling parts (5a, 5b) are formed and connected to the tubular body (3), that the tubular body (3) during bending not by edges of these coupling parts (5a, 5b) is vulnerable.

11. drill pipe (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the mutually corresponding coupling parts (5a, 5b) of two drill pipes (1) are tightly connected to each other.

12. A method for producing a drill pipe (1) according to any one of claims 1 to 11, characterized in that arranged in a cylindrical shape or a cylindrical sleeve fibers of a composite material with one or more pitch masses, that at the front ends coupling elements (5a, 5b) are inserted into the mold or the sleeve in such a way that fibers and coupling elements (5a, 5b) partially overlap, that the fibers are covered with a release film from the inside, or alternatively a tubular blow-molded blank in the cavity enclosed by the fibers is inserted, that in the space between the release film or the blow mold blank and the inner wall of the mold or sleeve, a resin is injected, and that the release film or the blow molding blank by overpressure and preferably with the application of heat against the fibers and the coupling elements (5a, 5b) is pulled or pressed so that the Fibers and the resin during curing of the resin to a tubular body (3) formed and the coupling elements (5a, 5b) are connected to this tubular body (3). For this 3 sheets of drawings