CH686736A5

CH686736A5 - Ground probe inserter into borehole

Info

Publication number: CH686736A5
Application number: CH01217/93A
Authority: CH
Inventors: Ernst Rohner
Original assignee: Grundag Ag Gossau
Priority date: 1993-04-21
Filing date: 1993-04-21
Publication date: 1996-06-14
Also published as: DE9403070U1

Abstract

The probe (5) has a plastics pipe (3) bent into a hairpin shape and through which liquid flows. Its lower section (1) bearing against the borehole bottom is enclosed by a steel tube forming a casing. A removable sealing cap (21) is fitted over the bottom end of the casing, while at the top the latter is sealed by a cover (19) containing to openings (25) through which the plastic pipe passes. There can be a bolt (27) with left-handed thread on the cover, and to which an insertion bar or tube (29) is fixed. The cap at the bottom can be thrust or screwed into the casing. The cap can be of cone, truncated-cone or hemispherical shape.

Description

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Beschreibung description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Einführen einer Erdsonde in ein Bohrloch gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a device for inserting an earth probe into a borehole according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, bei Erdwärmegewinnungsanlagen Wasser oder ein anderes Medium durch ein haar-nadelförmig ausgebildetes, in ein Bohrloch eingesetztes Rohr zu pumpen und auf diese Weise dem Erdinnern Wärme zu entziehen. Solche am Grund des Bohrloches mit einem 180°-Bogen versehenen, üblicherweise aus Kunststoff, z.B. Polyäthylen, hergestellte Erdsonden, werden auf der Baustelle aus ringförmig aufgewickelten Rohren durch Ein-schweissen von Bögen zur Verbindung der beiden Rohre am unteren Ende zu der der Bohrlochtiefe entsprechenden Länge zusammengefügt. It is known to pump water or another medium through a hairpin-shaped tube inserted into a borehole in geothermal heat extraction systems and in this way to extract heat from the interior of the earth. Those provided at the bottom of the borehole with a 180 ° bend, usually made of plastic, e.g. Polyethylene, produced geothermal probes, are assembled on site from ring-wound pipes by welding arches to connect the two pipes at the lower end to the length corresponding to the depth of the borehole.

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. In vielen Fällen kommt noch hinzu, dass das Bohrloch ganz oder teilweise mit Wasser gefüllt ist, so dass, infolge des niedrigen spezifischen Gewichtes der einzuführenden Rohre, diese beim Eintauchen in die Flüssigkeit einen Auftrieb erhalten, der das Einführen zusätzlich behindert. Im weiteren findet auch eine nicht zu vernachlässigende Reibung an der Bohrlochwand statt, da sich die Rohre infolge ihrer eigenen Biegung dort anliegen. These pipes partly retain the curvature imposed on them after manufacture and storage, even after unwinding from the ring, and can therefore only be inserted into the narrow borehole with difficulty. In many cases there is also the fact that the borehole is completely or partially filled with water, so that due to the low specific weight of the pipes to be inserted, these are given a buoyancy when immersed in the liquid, which additionally impedes the insertion. Furthermore, there is also a not insignificant friction on the borehole wall, since the pipes bend there due to their own bending.

Aus dem Schweizer Patent Nr. 653 120 ist es bekannt, den im Bohrloch zuunterst zu liegen kommenden Abschnitt der Kunststoffrohre durch ein Stahlrohr oder einen Stahlstab, welcher mit Briden mit den Rohren verbunden ist, eine Streckung und mehr Masse zu verleihen. Um zusätzlich eine Beschädigung des bogenförmigen Teiles der haarna-delförmig verlaufenden Rohre zu verhindern, wird eine durch Wärme schrumpfende Kappe über die Bögen gestülpt. From Swiss patent no. 653 120 it is known to give the section of the plastic pipes which is at the bottom of the borehole an extension and more mass by means of a steel pipe or a steel rod which is connected to the pipes by clips. In order to additionally prevent damage to the arcuate part of the hairpin-shaped tubes, a heat-shrinking cap is placed over the elbows.

Diese bekannte Vorrichtung hat sich ausgezeichnet bewährt und lässt sich für das Versetzen von Erdsonden bis in Tiefen von 120, allenfalls 150 m verwenden. This known device has proven itself extremely well and can be used for moving earth probes to depths of 120, at most 150 m.

Seit einiger Zeit besteht nun der Wunsch, Erdsonden wesentlich tiefer zu setzen, um anstelle mehrerer nebeneinander geführter Sonden, die auch mehrere Bohrungen benötigen, mit einem einzigen Bohrloch auszukommen. Bei Bohrlöchern, deren Tiefe mehr als 150 m beträgt, müssen aus Gründen der inneren Reibung bei der Umwälzung der wärmeleitenden Flüssigkeit Sondenrohre mit grösserem Durchmesser verwendet werden. Da auch diese Rohre in Gestalt von Ringen auf die Baustelle geliefert werden, ist den Rohren eine Krümmung eigen, die sich durch Auslegen am Boden oder durch Einsetzen eines Stabes nicht aufheben lässt. In den meisten Fällen können die Rohre vor dem Verlegen auch nicht gestreckt werden, da nicht genügend Raum zur Verfügung steht, die beispielsweise 300 m lange Sonde gestreckt auszulegen. Diese nun zu verwendenden dickeren Rohre von beispielsweise 2" Durchmesser weisen selbstverständlich auch eine grössere Wandstärke auf und sind so wesentlich steifer wie die bisher verwendeten 1 " Rohre oder kleinere. For some time now, there has been a desire to set geothermal probes significantly lower, in order to get by with a single borehole instead of several adjacent probes, which also require several boreholes. In the case of boreholes with a depth of more than 150 m, probe tubes with a larger diameter must be used for the internal friction when circulating the heat-conducting liquid. Since these pipes are also delivered to the construction site in the form of rings, the pipes have a curvature that cannot be removed by laying them on the floor or inserting a rod. In most cases, the pipes cannot be stretched before laying, since there is not enough space available to stretch the 300 m long probe, for example. These thicker pipes, for example of 2 "diameter, which are now to be used, of course also have a larger wall thickness and are as much more rigid than the 1" pipes or smaller pipes used previously.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein oder mehrere Rohrpaare leicht in ein Bohrloch eingebracht werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Vorrichtung derart auszubilden, dass die Sonde während des Versetzens aus dem Bohrloch wieder herausgezogen werden kann, wenn sich aus irgendwelchen Gründen ein zu grosser Widerstand für das vollständige Absenken entgegensetzt. The object of the present invention is now to provide a device with which one or more pairs of pipes can be easily inserted into a borehole. A further object of the invention is to design the device in such a way that the probe can be pulled out of the borehole again during the relocation if, for any reason, there is too great resistance for complete lowering.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäss den Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. This object is achieved in accordance with the features of patent claim 1. Further advantageous refinements of the invention are defined in the dependent claims.

Der aus einem Stahlrohr bestehende Mantel erlaubt nicht nur die Ausbildung eines einwandfrei gestreckten Bereiches an der Spitze der Erdsonde, sondern er schützt auch den Bogenbereich der haarnadelförmig verbundenen Rohre und den an den Bogenbereich anschliessenden Verbindungsbereich der Bögen mit den Enden der Rohre vor Beschädigung durch die rauhe Bohrlochwand. Im weiteren kann durch Verwendung eines dickwandigen glatten Rohres eine hohe Masse an der Spitze der Erdsonde konzentriert werden, so dass diese zusammen mit der kegel-, kegelstumpf- oder halbkugelförmigen Spitze mit geringer Reibung in das Bohrloch abgesenkt werden kann. Aus der Wand des Bohrloches vorstehende Teile können die Sonde nicht verletzen und werden meist bereits durch das Stahlrohr abgeschlagen oder stumpf geschliffen. Der das Stahlrohr vorne verschliessende Verschluss kann abgenommen werden, so dass die Vorrichtung auf der Baustelle für die Montage der Bögen von unten auf das untere Ende der Rohre aufgeschoben werden kann. Die das Stahlrohr oben verlassenden Rohre sind in Bohrungen im Deckel geführt. Dadurch ist eine absolut exakte Zentrierung der wasserführenden Rohre im Stahlrohr gewährleistet. In das Innere des Stahlrohres führende Bohrungen erlauben den Durchtritt von Wasser von unten nach oben, wenn die Sonde in ein mit Wasser gefülltes Bohrloch eingeführt wird. Die die wasserführenden Kunststoffrohre im Innern des Stahlrohres zusammenhaltende Bride ermöglicht es, eine bereits teilweise in das Bohrloch eingeführte Erdsonde aus dem Bohrloch zurückzuziehen ohne die an den Enden der Kunststoffrohre angeschweissten Bögen einer zu hohen Zugbelastung auszusetzen. Am Gewindebolzen am Deckel der Vorrichtung können Einführrohre aufgeschraubt werden und mit diesen einerseits das Gewicht der Sonde erhöht und anderseits die Sonde nach unten geschoben werden. Sobald die Sonde eingeschoben ist, können die aufgeschraubten Rohre, welche Rechtsgewinde aufweisen, durch eine zusätzliche Rechtsdrehung vom Stahlrohr gelöst und aus dem Bohrloch herausgehoben werden. Das von der Sonde gelöste Einführrohr kann, bevor es aus dem Bohrloch herausgezogen wird, zum Einführen einer Wärmeleitmasse, z.B. Bentonit, verwendet werden. The jacket, which consists of a steel tube, not only allows the formation of a perfectly stretched area at the tip of the earth probe, but also protects the bend area of the hairpin-shaped pipes and the bend area connecting the bows to the ends of the pipes from damage by the rough Borehole wall. Furthermore, by using a thick-walled smooth tube, a high mass can be concentrated at the tip of the earth probe, so that it can be lowered into the borehole with little friction together with the conical, frustoconical or hemispherical tip. Parts protruding from the wall of the borehole cannot injure the probe and are usually knocked off or sharpened by the steel pipe. The closure that closes the steel tube at the front can be removed, so that the device on site for assembling the bends can be pushed onto the lower end of the tubes from below. The tubes leaving the steel tube at the top are guided in holes in the cover. This guarantees an absolutely exact centering of the water-carrying pipes in the steel pipe. Holes leading into the inside of the steel pipe allow water to pass from bottom to top when the probe is inserted into a borehole filled with water. The clamp holding the water-carrying plastic pipes inside the steel pipe makes it possible to withdraw an earth probe that has already been partially inserted into the borehole without exposing the bends welded to the ends of the plastic pipes to excessive tensile stress. Insertion tubes can be screwed onto the threaded bolt on the cover of the device and on the one hand increase the weight of the probe and on the other hand push the probe downwards. As soon as the probe is inserted, the screwed-on pipes, which have a right-hand thread, can be loosened from the steel pipe by an additional clockwise rotation and lifted out of the borehole. The insertion tube detached from the probe, before being pulled out of the borehole, can be used to insert a thermal compound, e.g. Bentonite.

Die vom Einführrohr auf die Sonde ausgeübte Kraft wird nur auf das rohrförmige Ende übertragen, The force exerted by the insertion tube on the probe is only transmitted to the tubular end,

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

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2 2nd

3 3rd

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4 4th

so dass dieses sich durch das Bohrloch nach unten arbeitet. Die vom rohrförmigen Ende durch das Bohrloch nach oben verlaufenden Kunststoffrohre werden beim Einführen nachgezogen. so that it works down through the borehole. The plastic pipes running upwards from the tubular end through the borehole are retightened during insertion.

Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen The invention is explained in more detail with the aid of an illustrated embodiment. Show it

Fig. 1 eine haarnadelförmig ausgebildete Erdsonde gemäss dem Stand der Technik, 1 is a hairpin-shaped earth probe according to the prior art,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer haarnadelförmig ausgebildeten Erdsonde mit einem Mantel aus Stahlrohr. Fig. 2 is a perspective view of a hairpin-shaped earth probe with a jacket made of tubular steel.

Der in Fig. 1 dargestellte untere Abschnitt 1 eines haarnadelförmigen Kunststoffrohres 3 einer herkömmlichen Erdsonde 5 ist durch zwei Briden 7 mit einem zwischen den Kunststoffrohren 3 angeordneten Stahlstab oder Stahlrohr 9 gestreckt. Eine Kappe 11 aus wärmeschrumpfbarer Kunststoffolie umgibt den bogenförmigen Abschnitt 13 (in Fig. 1 als Explosionsdarstellung gezeigt). The lower section 1 of a hairpin-shaped plastic tube 3 of a conventional earth probe 5 shown in FIG. 1 is extended by two clips 7 with a steel rod or steel tube 9 arranged between the plastic tubes 3. A cap 11 made of heat-shrinkable plastic film surrounds the arcuate section 13 (shown in an exploded view in FIG. 1).

Die beiden Kunststoffrohre 3 in der die Erfindung darstellenden Fig. 2 sind an ihrem unteren Ende durch einen 180°- oder zwei 90°-Bögen 15 durch Spiegelschweissungen miteinander verbunden. Der an die Bögen 15 anschliessende Abschnitt der Kunststoffrohre 3 liegt innerhalb eines Stahlrohres 17, dessen oberes Ende durch einen Deckel 19 und dessen unteres Ende durch einen Verschluss 21 verschlossen ist. Der Verschluss 21 dringt teilweise in das Stahlrohr 17 ein und kann durch ein Gewinde 23 oder eine radial verlaufende Ver-schraubung (keine Darstellung) mit dem Stahlrohr 17 verbunden sein. Der Deckel 19 ist mit dem oberen Ende des Stahlrohres 17 verschweisst und weist zwei Bohrungen 25 für die Durchführung der Kunststoffrohre 3 auf. Auf der Oberfläche des Dek-kels 9 ist weiterhin ein Gewindebolzen 27 befestigt, z.B. angeschweisst. Der Gewindebolzen 27 weist ein linksgängiges Gewinde auf, in welches das untere Ende eines aus mehreren Stücken zusammengesetzten Einführrohres 29 eingeschraubt ist. Die einzelnen Stücke des Einführrohres 29 weisen rechtsgängige Gewinde auf (keine Darstellung). Das Einführrohr 29 ist dazu bestimmt und ausgebildet, mit einer Pumpe zum Einführen und Umwälzen einer wärmeleitenden Flüssigkeit in das Bohrloch verbunden zu werden. The two plastic tubes 3 in FIG. 2, which represents the invention, are connected to one another at their lower ends by a 180 ° or two 90 ° bends 15 by means of mirror welds. The section of the plastic pipes 3 adjoining the bends 15 lies within a steel pipe 17, the upper end of which is closed by a cover 19 and the lower end is closed by a closure 21. The closure 21 partially penetrates the steel pipe 17 and can be connected to the steel pipe 17 by a thread 23 or a radial screw connection (not shown). The cover 19 is welded to the upper end of the steel tube 17 and has two bores 25 for the passage of the plastic tubes 3. On the surface of the cover 9, a threaded bolt 27 is also attached, e.g. welded on. The threaded bolt 27 has a left-handed thread, into which the lower end of an insertion tube 29 composed of several pieces is screwed. The individual pieces of the insertion tube 29 have right-handed threads (not shown). The insertion pipe 29 is designed and designed to be connected to a pump for introducing and circulating a heat-conducting liquid into the borehole.

In einem Abstand a von Scheitel S des Bogens 15 ist eine Haltebride 31 angeordnet, mit der die beiden Rohre 3 geklemmt gehalten werden. Die Haltebride 31 dient dazu, bei einem allenfalls notwendig werdenden Herausziehen der Erdsonde 5 aus dem Bohrloch, die vom Stahlrohr 17 auf die Rohre 3 wirkende Zugkraft nicht im Bereich der Bögen 15 in diese einzuleiten, sondern in einem Abstand dazu. At a distance a from the apex S of the arc 15, a retaining clip 31 is arranged with which the two tubes 3 are held clamped. The holding bracket 31 is used, in the event of any need to pull the earth probe 5 out of the borehole, not to introduce the tensile force acting on the tubes 3 from the steel tube 17 into the bends 15 in the region thereof, but rather at a distance therefrom.

Im Stahlrohr 17 und/oder im Verschluss 21 und/ oder im Deckel 19 sind Bohrungen oder Ausnehmungen 33 angebracht, welche den Zutritt von Wasser aus dem Bohrloch in das Innere des Stahlrohres 17 und von dort durch den Deckel 19 in den Raufri oberhalb des Deckels 19 ermöglichen. In the steel pipe 17 and / or in the closure 21 and / or in the cover 19 there are bores or recesses 33 which prevent water from entering the drilled hole into the interior of the steel pipe 17 and from there through the cover 19 into the groove above the cover 19 enable.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können an der Mantelfläche des Stahlrohres 17 axial verlaufende Rippen 35 angebracht sein, welche den seitlichen Fluss von Wasser im Bohrloch von unten nach oben erleichtern. In a further embodiment of the invention, axially extending ribs 35 can be attached to the lateral surface of the steel tube 17, which facilitate the lateral flow of water in the borehole from bottom to top.

Claims

1. Device for inserting an earth probe (5) into a borehole, with a hairpin-shaped, liquid-carrying plastic tube (3), a plastic tube (3) on its lower section (1) surrounding the bottom of the borehole (17) ), characterized in that the jacket (17) consists of a steel tube (17), on the lower end of which a removable closure (21) is placed and the upper end of which has two through openings (25) for the plastic tubes (3) (19) is closed.

2. Device according to claim 1, characterized in that a threaded bolt (27) with a left-hand thread for fastening an insertion rod or tube (29) is arranged on the cover (19).

3. Device according to one of claims 1 or

2, characterized in that the closure (21) is inserted or screwed into the lower end of the steel tube (17).

4. Device according to one of claims 1 to

3, characterized in that the closure (21) is conical, frustoconical or hemispherical.

5. Device according to one of claims 1 to

4, characterized in that in the steel tube (17) and / or in the cover (19) and / or in the closure (21) into the interior of the steel tube (17) leading bores (33) are made.

6. Device according to one of claims 1 to

5, characterized in that at a distance (a) from the apex (S) of the plastic pipe (3) a bracket (31) connecting the two pipe legs running next to one another is fastened.

7. Device according to one of claims 2 to

6, characterized in that the upper end of the insertion tube (29) is designed to be connectable to a pump for introducing a heat-conducting agent.

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10th

15

20th

25th

30th

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