CH671093A5

CH671093A5 - Borehole test probe inserting appts. - uses drill rod string to apply pressure to spacer tube attached to bent probe

Info

Publication number: CH671093A5
Application number: CH3439/87A
Authority: CH
Inventors: Stefan Geser
Original assignee: Grundag Ag Gossau
Priority date: 1987-09-07
Filing date: 1987-09-07
Publication date: 1989-07-31
Also published as: AT390997B; DE8808676U1; ATA158588A

Abstract

Two tubes (5), bent into a hairpin shape form a test probe to be inserted in a borehole. They are clamped together by upper and lower straps (8) with bolts (9) through them. These elements are used to anchore a vertical tube (6) inside the two bends, which forms an aid for inserting the probe. Interlocking pipe sections are formed into a string of suitable length, with a ring on top and a mandrel or other connecting device, and used to insert the probe by applying pressure to the top of the tube (6). When fully inserted, the pipe string is withdrawn, using the ring on top. USE/ADVANTAGE - For installing a heat pump, without excessive force applied to the probe.

Description

       

  
 



   BESCHREIBUNG



   Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einführen einer aus einem Bündel aus haarnadelförmigen Kunststoffrohren bestehenden Erdsonde in ein vertikales Bohrloch.



   Zur Gewinnung von Erdwärme ist es bekannt, Wasser oder ein anderes Trägermedium durch ein haarnadelförmig ausgebildetes, in ein Bohrloch eingesetztes Rohr zu pumpen und einer Wärmepumpe zuzuführen. Solche Rohre werden üblicherweise aus Kunststoff, z. B. Polyäthylen, hergestellt und zu einem Ring geformt auf die Baustelle gebracht. Diese Rohre behalten die ihnen nach der Herstellung und bei der Lagerung aufgezwungene Krümmung auch nach dem Abwickeln vom Ring teilweise bei und lassen sich deshalb nur mit Mühe in das enge Bohrloch einführen. Um diesen Nachteil dieser Art von Erdsonden zu beheben, schlägt die Schweizer Patentschrift 653 120 vor, an der Spitze der Sonde über einem Bereich von 1-2 m eine den Rohren eine gestreckte Gestalt aufzwingende Verstrebung in Form eines Stahl- oder Eisenprofilrohres einzusetzen.



   Das Einführen einer mit einer Verstrebung ausgerüsteten Sonde gelingt auf diese Weise ohne weitere Probleme, sofern das Bohrloch die bis vor kurzem übliche Bohrtiefe von ca. 50 m nicht übersteigt.



   Übersteigt die Bohrlochtiefe 50 m und beträgt beispielsweise 100 oder 150 m, so weist die in das üblicherweise mit Wasser gefüllte Loch eingeführte und selbst auch mit Wasser gefüllte Sonde einen Auftrieb auf, der es verunmöglicht, die Sonde ohne Beschädigung nach unten zu stossen. Je grösser nämlich die Kraft zum Einschieben am oberen Ende der Sonde wird, umso mehr legt sich diese in Schlangenlinienform an die Wände des Bohrloches an, und es ergibt nebst dem Auftrieb zusätzlich ein hoher Widerstand infolge Reibung.



   Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.



   Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Einführen einer Erdsonde zu schaffen, die es ermöglicht, die Erdsonde ohne grossen Kraftaufwand an der Sonde im Bereich des Einganges des Bohrloches einzuführen.



   Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung wird die Erdsonde in vorteilhafter Weise nicht auf Druck belastet, sondern sie wird an deren vorderen Ende, d. h. an der Spitze, nach unten gezogen. Damit ergibt sich eine Streckung und folglich eine geringe Reibung der Sonde an der Bohrlochwand. Der hilfsweise an der Sonde bzw. an deren Verstrebung befestigte Einführstab kann nach dem Einführen ohne Probleme mittels eines Seiles aus dem Bohrloch herausgehoben werden.



   Anhand eines einen Ausführungsweg darstellenden Beispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine haarnadelförmig ausgebildete Erdsonde ohne Verstrebung,
Figur 2 eine perspektivische Darstellung von zu einem Bündel zusammengefügten Erdsonden,
Figur 3 einen Querschnitt längs Linie III-III in Figur 5,
Figur 4 zwei Einführstangen und
Figur 5 ein Bohrloch mit eingeführter Erdsonde.



   Der in Figur 1 dargestellte, an den Grund 1 eines Bohrloches 2 zu liegen kommende Abschnitt 3 eines mit einem 180-Grad-Bogen 4 verbundenen, eine Erdsonde 4 bildenden Rohrpaares 5 weist eine bogenförmige Krümmung 5 auf, deren Bogenhöhe h wesentlich grösser sein kann als der Durchmesser d des Bohrloches 2. Mit einer Verstrebung 6, welche aus einem Rohr 7 oder aus einem beliebigen anderen stabförmigen Profil aus Stahl oder Eisen hergestellt sein kann und mindestens einem Paar die Verstrebung 6 und die Rohre 5 verbindenden Briden 8 werden die Rohre 5 parallel zur Verstrebung 6 und damit geradlinig bzw. gestreckt geführt (Figuren 2/3). Die Briden 8 sind mit Schrauben 9, die die Verstrebung 6 durchdringen können, axial unverschiebbar gehalten.

  Zum Schutze der an den Rohren 5 angeschweissten Bögen 4 kann eine schlauch- oder taschenförmige Hülse 10 aus Stahl oder einem mit Heissluft schrumpfbarem Material aufgesetzt sein (in strichpunktierten Linien in Fig. 2/5 sichtbar). Nebst der Schutzfunktion hält die Hülse 10 die ausserhalb der Briden 8 liegenden Teile der Rohre 5 zusammen und bildet eine abgerundete Spitze.



   In die Verstrebung 6 hinein kann, wenn diese aIs Rohr 7 ausgeführt ist, ein weiteres, bis an die Erdoberfläche reichendes Injektionsrohr 14 lose eingelegt sein, mit dem das Bohrloch 2 nach dem Einbringen der Rohre 5 mit einer gut wärmeleitenden Flüssigkeit, z. B. eine Mischung aus Wasser und Bentonit, gefüllt werden kann.



   Auf das obere Ende 15 der Verstrebung 6 sind eine an die Tiefe des Bohrloches 2 angepasste Anzahl von Einführstangen 17 aufgesetzt. Die Stangen 17 sind mittels Gewinden 19 miteinander verbunden. Auf das obere Ende der letzten Stange 17 ist ein Bügel oder Ring 21 aufgeschraubt, in den ein Haken 23 an einem Seil 25 eingreift.



   Anstelle von Schraubverbindungen können auch andere Verbindungsmittel treten. Zwischen dem oberen Ende 15 der Verstrebung 6 und dem unteren Ende der Stangen 17 besteht keine auf Zug belastbare Verbindung. Entweder greift ein Dorn 27 an der Stange 17 in die Verstrebung 6 ein, oder eine Hülse 29 umfasst die Verstrebung 6 (vgl. Figuren 4 und 5).



   Im folgenden wird das Einführen der Erdsonde 4 in ein tiefes Bohrloch 2 kurz erläutert.



   In herkömmlicher Weise wird der durch die Verstrebung 6 gestreckte Abschnitt 3 der Sonde 4 in das Bohrloch 2 eingeführt. Sobald dessen oberes Ende 15 den Eingang des Bohr  loches 2 erreicht hat, wird eine erste Stange 17 aufgesteckt.



  Das Gewicht der Stange 17, die vorzugsweise auch massiv ausgeführt ist, drückt nun die Sonde 4 gegen den Widerstand von deren Auftrieb durch die im Bohrloch 2 befindliche Flüssigkeit nach unten. Sobald jeweils das obere Ende der Stange 17 im Erdreich verschwindet, wird eine weitere auf diese aufgeschraubt. Je nach Tiefe der Bohrung und Volumen der Erdsonde 4 müssen mehr oder weniger Stangen 17 eingesetzt werden.

 

   Auf die letzte Stange 17 wird der Ring 21 aufgeschraubt und der Haken 23 am Seil 25 eingehängt und zusammen mit der Sonde 4 in die Tiefe gefahren.



   Wenn die Sonde 4 ganz eingeführt ist, können die zusammengeschraubten Stangen 17 mit dem Seil 25 aus dem Bohrloch 2 herausgezogen werden, denn die Sonde 4 verklemmt sich infolge der ihr eigenen gebogenen Gestalt der Rohre 5. Die Stangen 17 können somit beliebig oft verwendet werden, und an der Sonde 4 müssen keine besonderen Massnahmen getroffen werden, wenn Einführstangen 17 zum Einsatz gelangen. 



  
 



   DESCRIPTION



   The present invention relates to a device for inserting an earth probe consisting of a bundle of hairpin-shaped plastic tubes into a vertical borehole.



   To obtain geothermal energy, it is known to pump water or another carrier medium through a hairpin-shaped tube inserted into a borehole and to supply it to a heat pump. Such pipes are usually made of plastic, e.g. B. Polyethylene, manufactured and shaped into a ring brought to the construction site. These pipes partially retain the curvature imposed on them after manufacture and during storage, even after unwinding from the ring, and are therefore difficult to insert into the narrow borehole. In order to overcome this disadvantage of this type of geothermal probes, the Swiss patent specification 653 120 proposes to use a strut in the form of a steel or iron profile pipe which forces the pipes into an elongated shape at the tip of the probe over a range of 1-2 m.



   In this way, the insertion of a probe equipped with a strut is possible without any further problems, provided that the borehole does not exceed the drilling depth of approx. 50 m that was common until recently.



   If the depth of the borehole exceeds 50 m and is, for example, 100 or 150 m, then the probe, which is usually inserted into the hole filled with water and even filled with water, has a buoyancy which makes it impossible to push the probe downwards without damage. The greater the force for insertion at the upper end of the probe, the more it forms a serpentine shape on the walls of the borehole, and in addition to the buoyancy there is also a high resistance due to friction.



   The invention seeks to remedy this.



   The invention, as characterized in the claims, achieves the object of providing a device for inserting an earth probe which makes it possible to insert the earth probe in the region of the entrance to the borehole without great effort on the probe.



   With the device according to the invention, the geothermal probe is advantageously not subjected to pressure, but rather is held at its front end, ie. H. at the top, pulled down. This results in stretching and consequently low friction of the probe on the borehole wall. The insertion rod, which is alternatively attached to the probe or to its bracing, can be easily lifted out of the borehole by means of a rope after insertion.



   The invention is explained in more detail with the aid of an example representing an embodiment. Show it
FIG. 1 shows a hairpin-shaped earth probe without struts,
FIG. 2 shows a perspective illustration of earth probes assembled into a bundle,
FIG. 3 shows a cross section along line III-III in FIG. 5,
Figure 4 two insertion rods and
Figure 5 shows a borehole with an inserted earth probe.



   The section 3 shown in FIG. 1, which lies at the bottom 1 of a borehole 2, of a pair of pipes 5 connected to a 180 degree bend 4 and forming an earth probe 4 has an arcuate curvature 5, the bend height h of which can be substantially greater than the diameter d of the borehole 2. With a strut 6, which can be made from a tube 7 or any other rod-shaped profile made of steel or iron and at least one pair of braces 8 connecting the strut 6 and the tubes 5, the tubes 5 become parallel led to the strut 6 and thus straight or stretched (Figures 2/3). The clamps 8 are held axially immovable with screws 9, which can penetrate the strut 6.

  To protect the bends 4 welded to the tubes 5, a tubular or pocket-shaped sleeve 10 made of steel or a material that can be shrunk with hot air can be attached (visible in broken lines in Fig. 2/5). In addition to the protective function, the sleeve 10 holds together the parts of the tubes 5 which are outside the clamps 8 and forms a rounded tip.



   In the strut 6, if this is designed as a pipe 7, another, reaching to the surface of the injection pipe 14 can be loosely inserted, with which the borehole 2 after the introduction of the pipes 5 with a good heat-conducting liquid, for. B. a mixture of water and bentonite can be filled.



   A number of insertion rods 17 adapted to the depth of the borehole 2 are placed on the upper end 15 of the strut 6. The rods 17 are connected to one another by means of threads 19. On the upper end of the last rod 17, a bracket or ring 21 is screwed into which a hook 23 engages on a rope 25.



   Instead of screw connections, other connection means can also be used. There is no tensile connection between the upper end 15 of the strut 6 and the lower end of the rods 17. Either a mandrel 27 engages the strut 6 on the rod 17, or a sleeve 29 encompasses the strut 6 (cf. FIGS. 4 and 5).



   The insertion of the earth probe 4 into a deep borehole 2 is briefly explained below.



   In a conventional manner, the section 3 of the probe 4 stretched through the strut 6 is inserted into the borehole 2. As soon as the upper end 15 has reached the entrance of the drill hole 2, a first rod 17 is attached.



  The weight of the rod 17, which is preferably also solid, now presses the probe 4 against the resistance of its buoyancy through the liquid in the borehole 2. As soon as the upper end of the rod 17 disappears into the ground, another is screwed onto it. Depending on the depth of the bore and the volume of the earth probe 4, more or fewer rods 17 must be used.

 

   The ring 21 is screwed onto the last rod 17 and the hook 23 is hung on the rope 25 and moved into depth together with the probe 4.



   When the probe 4 is fully inserted, the screwed-together rods 17 can be pulled out of the borehole 2 with the rope 25, because the probe 4 jams due to the inherently curved shape of the tubes 5. The rods 17 can thus be used as often as desired. and no special measures have to be taken on the probe 4 if insertion rods 17 are used.

Claims

PATENT CLAIMS 1.Device for inserting an earth probe (4) consisting of a bundle of hairpin-shaped plastic tubes into a vertical borehole (2), characterized in that it has an at least one-part insertion rod which is connected to the earth probe in the area of the borehole base for non-positive connection with the 1) to lie certain section (3) of the bundle of tubes (5), and that at the upper end of the insertion rod (17) a means for pulling out the insertion rod (17) is attached.

2. Device according to claim 1, characterized in that the insertion rod consists of several parts which are detachably connected together.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the insertion rod (17) has a plug connection part for connection to the earth probe (4).

4. The device according to claim 3, characterized in that the plug connection part is a mandrel (15) or a sleeve (29).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the means for pulling out the insertion rod consists of an eyebolt attached to its upper end (21).

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rod (17) is hollow or solid.