DD240905A1

DD240905A1 - DRILLING FOR THE PRODUCTION OF SUBSTANTIVE HEAVY ROOM

Info

Publication number: DD240905A1
Application number: DD28058985A
Authority: DD
Inventors: Detlef Haeussler; Manfred Fischer
Original assignee: Freiberg Bergakademie
Priority date: 1985-09-13
Filing date: 1985-09-13
Publication date: 1986-11-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrspuelung zur Herstellung untertaegiger durchlaessiger Hohlraeume, wie sie zur Gewinnung, Einleitung, Ableitung und Beobachtung gasfoermiger und fluessiger Medien im Bergbau, der Wasserwirtschaft, des Bauwesens und der Erdgas- und Erdoelindustrie Anwendung findet. Ziel der Erfindung ist es, untertaegige durchlaessige Hohlraeume im Spuehlbohrverfahren mit einer einfach herstellbaren und oekonomisch guenstigen Bohrspuelung herzustellen. Die technische Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bohrspuelung zur Herstellung untertaegiger durchlaessiger Hohlraeume zu entwickeln, die es ermoeglicht, die waehrend des Bohrprozesses geforderten Spuelungsparameter einzuhalten, aufeinander abzustimmen und die sich dabei bildende Filterkruste so zu gestalten, dass eine Permeabilitaetserhoehung nach dem Einbringen von Einbauten in die untertaegigen Hohlraeume moeglich ist. Erfindungsgemaess wird die technische Aufgabe dadurch geloest, dass die Bohrspuelung einen biochemisch abbaubaren Filtratsenker in einer Menge von 0,5 bis 10 kg je 1 000 l nichtnewtonscher Fluessigkeit und einen verzoegert zugesetzten Biokatalysator in einer Menge von 0,05 bis 0,5 l je kg Filtratsenker enthaelt.The invention relates to a Bohrspuelung for the production unterertaegbarer permeable cavities, as it finds application for the extraction, discharge, discharge and observation gaseous and liquid media in mining, water management, construction and the natural gas and petroleum industry. The aim of the invention is to produce unterertaegige permeable cavities in Spuehlbohrverfahren with a simple to produce and economically favorable Bohrspuelung. The technical object of the invention is to develop a Bohrspuelung for producing unterertaegiger permeable cavities, which makes it possible to comply with the required during the drilling process Spülungsparameter to match and to make the thereby forming filter crust so that a Permeabilitaetsherhoehung after the introduction of internals into the subterraneous cavities is possible. According to the invention, the technical problem is solved in that the drilling fluid comprises a biochemically degradable filtrate in an amount of 0.5 to 10 kg per 1 000 l of non-Newtonian fluid and a delayed added biocatalyst in an amount of 0.05 to 0.5 l per kg Filtratsenker contains.

Description

Title of the invention

Bohrspülung zur Herstellung untertägiger durchlässiger HohlräumeDrilling mud for the production of underground permeable cavities

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Bohrspülung zur Herstellung untertägiger durchlässiger Hohlräume mit nichtnewtonschen Flüssigkeiten. Die Bohrspülung ist zur Herstellung aller zur Gewinnung, Einleitung, Ableitung und Beobachtung gasförmiger und flüssiger Medien künstlich hergestellter Hohlräume des Bergbaus, der Wasserwirtschaft, des Bauwesens und der Erdgas- und Erdölindustrie anwendbar.The invention relates to a drilling fluid for the production of underground permeable cavities with non-Newtonian fluids. The drilling mud is applicable to the manufacture of all cavities of artificially produced cavities for mining, water management, construction and the natural gas and petroleum industry for the production, discharge, discharge and monitoring of gaseous and liquid media.

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Characteristic of the known technical solutions

Bei der Anwendung von Spülbohrverfahren zur Herstellung unverrohrter Bohrungen hat die Bohrspülung vielfältigen Anforderungen zu genügen, die aus verschiedenen technischen, physikalischen und chemischen Gründen nie gleichzeitig erfüllt werden können, sondern grundsätzlich Kompromisse erfordern. So werden seit langem Bohrspülungen eingesetzt, die verschiedene Stoffe, vorzugsweise Tone, als Suspensionsträger verwenden, um die notwendigen viskosen, tragfähigen und stabilen Eigenschaften der Spülung zu gewährleisten. Aus der Menge des eingesetzten Suspensionsträgers resultiert die dabei entstehende Dichte der Bohrspülung, was eine davon abhängige Viskosität nach sich zieht ("Bohrspülung", VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig, 2. Auflage 1979, S. 20). Demzufolge läßt sich eine bestimmte, gewünschte Viskosität durch eine Dichteveränderung erreichen. Weiterhin ist eine Beeinflussung der Viskosität sowie der Wasserabgabe durch den Zusatz von Filtratsenkern (Stärke, CMC) z. B. nach DE-OS 1 043 996 bekannt, jedoch ohne Berücksichtigung weiterer Spülungseigenschaften. Besonders beim Bedarf von hochviskosen Bohrspülungen muß bisher auf SpezialSpülungen unter Verwendung von CMC bei Inkaufnahme der damit verbundenen Nachteile zurückgegriffen werden. Als Hauptnachteil bei der Anwendung von Filtratsenkern stellt sich die in der DD-PS 221 791 beschriebene Blockierung der Bohrlochwand durch die sich während des Bohrprozesses bildende Filterkruste heraus. Es sind verschiedene mechanische Verfahren zur Beseitigung der Filterkruste bekannt ("Hydrotechnik im Bergbau und Bauwesen", VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig, 3. Auflage 1981, S. 59). Eine derartige Beseitigung der Filterkruste ist im vorgegebenen Fall jedoch nicht anwendbar, da zunächst durch die Filterkruste bei der Herstellung des künstlichen Hohlraumes eine Wasserabgabe an das Gebirge bzw. Spülungsabgänge vermieden werden sollen.When using Spülbohrverfahren for producing unperforated holes, the drilling fluid has to meet a variety of requirements that can never be met simultaneously for various technical, physical and chemical reasons, but in principle require compromises. For example, drilling fluids have long been used which use various substances, preferably clays, as suspension carriers in order to ensure the necessary viscous, stable and stable properties of the mud. From the amount of the suspension carrier used, the resulting density of the drilling fluid results, which entails a dependent viscosity ("Bohrspülung", VEB German publishing house for basic industry Leipzig, 2nd edition 1979, p 20). As a result, a certain desired viscosity can be achieved by a density change. Furthermore, an influence on the viscosity and the release of water by the addition of Filtratsenkern (starch, CMC) z. B. to DE-OS 1,043,996 known, but without consideration of further rinsing properties. Especially when it comes to the need for highly viscous drilling fluids, it is necessary to resort to special rinsing using CMC at the expense of the associated disadvantages. The main disadvantage of using filtrate core is the blocking of the borehole wall, which is described in DD-PS 221 791, due to the filter crust forming during the drilling process. There are various mechanical methods for eliminating the filter crust known ("Hydrotechnology in mining and construction", VEB German publishing house for basic industry Leipzig, 3rd edition 1981, p 59). However, such removal of the filter crust is not applicable in the given case, since first a water discharge to the mountains or Spülungsabgänge should be avoided by the filter crust in the production of the artificial cavity.

Die Filterkruste hat die Aufgabe, die Bohrlochwand zu stabilisieren und abzudichten., d.h., ein Entfernen der Filterkruste ist erst nach Ausbau des Hohlraumes zulässig. Das ist dann aber nicht mehr durchführbar, weil sich die Filterkruste zwischen Gebirgswand und Ausbau befindet und mechanischen Zerstörungsver-The purpose of the filter crust is to stabilize and seal the borehole wall, that is, removal of the filter crust is permitted only after the cavity has been removed. This is then no longer feasible, because the filter crust is located between the mountain wall and expansion and mechanical destruction.

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fahren nicht mehr zugänglich ist.drive is no longer accessible.

Chemische Verfahren zur Permeabilitätserhöhung der Filterkruste sind bisher einseitig darauf ausgerichtet, dieses Ziel ohne Berücksichtigung weiterer Spülungseigenschaften erreichen zu können. So ist das in der DD-PS 221 234 vorgeschlagene Verfahren auf die Anwendung in Natur- bzw. Klarwasserspülungen beschränkt, d.h., eine Berücksichtigung bestimmter gewünschter Dichten und Viskositäten bzw. eine Gewährleistung niedriger Wasserabgaben ist nicht möglich.Chemical processes for increasing the permeability of the filter crust have so far been unilaterally aimed at achieving this goal without consideration of further rinsing properties. Thus, the method proposed in DD-PS 221 234 is limited to use in natural or clear water rinses, that is, consideration of certain desired densities and viscosities or a guarantee lower water discharges is not possible.

Das in der DD-PS 221 791 beschriebene Verfahren zur Permeabilitätserhöhung ist ebenfalls nicht in der Lage, die geforderten Spülungseigenschaften zu berücksichtigen bzw. erfolgt die Berücksichtigung nur insoweit, daß nachteilige Wirkungen auf die technischen Eigenschaften der Bohrspülung vermieden werden. Das in der DD-PS 213 942 vorgeschlagene Verfahren besitzt den Nachteil, verschiedene Ausgangsmaterialien anzuwenden, deren Verwendung besonders im Braunkohlenbergbau zu einem unvertretbar hohen Aufwand führen würde.The method described in DD-PS 221 791 for increasing permeability is also not able to take into account the required rinsing properties or is taken into account only to the extent that adverse effects on the technical properties of Bohrspülung be avoided. The method proposed in DD-PS 213 942 has the disadvantage of using different starting materials whose use would lead to an unreasonably high cost, especially in lignite mining.

Die DD-PS 142 735 zeigt keine Möglichkeit auf, die Spülungseigenschäften aktiv zu beeinflussen und die Blockierung der permeablen Schichten gezielt zu beseitigen. Eine Möglichkeit für die Beseitigung bzw. Permeabilisierung der beim Bohren mit CMC-Spülung gebildeten Filterkrusten konnte nicht ermittelt werden und ist auch aus der praktischen Anwendung nicht bekannt.DD-PS 142 735 shows no possibility to actively influence the Flülungseigenschäften and eliminate the blocking of the permeable layers targeted. A possibility for the elimination or permeabilization of the filter crusts formed during drilling with CMC rinse could not be determined and is not known from the practical application.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, untertägige durchlässige Hohlräume im Spülbohrverfahren mit einer einfach herstellbaren und ökonomisch günstigen Bohrspülung herzustellen.The aim of the invention is to produce underground permeable cavities in Spülbohrverfahren with a simple to produce and economically favorable Bohrspülung.

Essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bohrspülung zur Herstellung untertägiger durchlässiger Hohlräume zu entwickeln, die es ermöglicht, die während des Bohrprozesses geforderten Spülungsparameter einzuhalten, aufeinander abzustimmen und die sich dabei bildende Filterkruste so zu gestalten, daß eine Permeabilitätserhöhung nach dem Einbringen der Einbauten in die untertägigen Hohlräume möglich ist.The object of the invention is to develop a drilling fluid for the production of underground permeable cavities, which makes it possible to comply with the required during the drilling process flushing parameters, to match and make the thereby forming filter crust so that a Permeabilitätserhöhung after introduction of the internals in the underground cavities is possible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine stabile Tonmehl-Quellstärke-Spülung hergestellt und zum Abteufen der gesamten Bohrung verwendet wird. Diese gewährleistet bei Einhaltung bestimmter Rezepturen die während des Bohrprozesses erforderliche Viskosität, Dichte und Wasserabgabe. Die Viskosität der Bohrspülung wird durch die Zugabe von biochemisch abbaubaren Filtratsenkern in feinverteilter Form oder in wässriger Lösung in eine Menge von 0,5 bis 10 kg je 1000 1 nichtnewtonscher Flüssigkeit erzielt, die einen ungehinderten Bohrprozeß und danach eine Permeabilisierung der Bohrlochwand gewährleistet.According to the invention, this object is achieved in that a stable clay-source-strength rinse is prepared and used for sinking the entire bore. This ensures the required during the drilling process viscosity, density and water release in compliance with certain recipes. The viscosity of the drilling fluid is achieved by the addition of biochemically degradable filtrate core in finely divided form or in aqueous solution in an amount of 0.5 to 10 kg per 1000 liters of non-Newtonian fluid, which ensures an unobstructed drilling process and then a permeabilization of the borehole wall.

Die beim Abteufen entstehende Filterkruste hat die Eigenschaft, durch ihren in ihr fest eingelagerten Quellstärkeanteil nach dem Ausbau des Hohlraumes eine Permeabilisierung durch Zersetzung der Stärkebestandteile zu ermöglichen. Als biochemisch abbaubarer Filtratsenker wird vorzugsweise kaltwasserlösliche Kartoffelquellstärke in einer Menge von 2 bis 10 kg je 1000 1 nichtnewtonscher Flüssigkeit verwendet. Die vorgeschlagene Tonmehl-Quellstärke-Spülung hat die Eigenschaft, daß sich die Spülungseigenschaften Viskosität, Dichte und Wasserabgabe in erster Linie nicht gegenseitig bedingen, sondern von jeweils unterschiedlichen Ausgangsbedingungen abhängig sind und sich damit relativ unabhängig voneinander einhalten lassen. Die Dichte wird überwiegend vom Tongehalt der Spülung bestimmt. Die Viskosität ist in sehr starkem Maße vom Verhältnis Ton *- Stärke abhängig und kann in weiten Bereichen variiert werden. Da mit dieser Spülung Viskositäten gewährleistet werden können, dieThe filter crust which is produced during sinking has the property of permeabilization through decomposition of the starch constituents by virtue of its swelling starch portion permanently embedded in it after the cavity has been removed. As a biochemically degradable filtrate sink, preferably cold water-soluble potato spring starch is used in an amount of 2 to 10 kg per 1000 l of non-Newtonian liquid. The proposed clay-source-strength rinse has the property that the rinsing properties viscosity, density and water delivery do not cause each other in the first place, but are dependent on different starting conditions and thus can be maintained relatively independently. The density is mainly determined by the clay content of the rinse. The viscosity is very much dependent on the ratio clay * - strength and can be varied within wide ranges. As with this flushing viscosities can be ensured, the

bisher nur mit SpezialSpülungen erreichbar waren, für die eine gezielte Permeabilitätserhöhung der Filterkruste noch nicht möglich ist, wird das mögliche Anwendungsgebiet der vorgeschlagenen Tonmehl-Quellstärke-Spülung im Vergleich zu bisherigen Spülungen stark erweitert. Die Wasserabgabe wird hauptsächlich durch den Quellstärkegehalt der Spülung bestimmt. Maßgebend für die Erzielung der gewünschten Spülungsparameter und deren Einhaltung ist die genaue Befolgung der dazu notwendigen Rezepturen, was auch eine ständige Kontrolle während des Bohrprozesses bedingt (Die Korrektur einer zu hohen Viskosität kann in gewissen Grenzen gegebenenfalls mit einem Verflüssiger vorgenommen werden.).So far only with special rinses were achievable, for a targeted increase in permeability of the filter crust is not yet possible, the potential application of the proposed clay-source-strength rinse is greatly expanded compared to previous rinses. The water output is determined mainly by the swelling starch content of the rinse. Decisive for achieving the desired flushing parameters and compliance with them is the exact compliance of the necessary recipes, which also requires constant control during the drilling process (the correction of too high a viscosity can be made within certain limits, if necessary with a condenser.).

Nach vollständigem Ausbau des Hohlraumes beginnt die an sich bekannte biochemische Zersetzung der in die Filterkruste eingelagerten Stärkebestandteile. Oe nach der während des Bohrprozesses eingesetzten Quellstärkemenge erfolgt die Regulierung des Zersetzungsprozesses durch gezielte Zugabe eines Biokatalysators. Als Biokatalysator werden ex - und/oder β -Amylase in einer Menge von 0,05 bis 0,5 1, vorzugsweise 0,1 bis 0,3 1, je kg zugesetzten FiItratsenker verwendet. Die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Permeabilitätserhöhung der Filterkruste wird von der Menge des zugesetzten Biokatalysators bestimmt. Im Anschluß daran werden durch bekannte technische Maßnahmen, z. B. Klarpumpen, die Reste der Filterkruste ganz oder teilweise beseitigt.After complete expansion of the cavity, the per se known biochemical decomposition of the incorporated into the filter crust starch components begins. Oe after the source strength amount used during the drilling process, the regulation of the decomposition process is carried out by targeted addition of a biocatalyst. The biocatalyst used is ex-and / or β- amylase in an amount of 0.05 to 0.5 l, preferably 0.1 to 0.3 l, per kg of filter concentrate added. The reaction rate at the increase in permeability of the filter crust is determined by the amount of added biocatalyst. Following this, by known technical measures, eg. As clear pumps, the remains of the filter crust completely or partially eliminated.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert werden.The invention will be explained below with reference to two embodiments.

Example 1:

Im Rotary-Bohrverfahren wird im Lockergestein eine Bohrung niedergebracht, in die nach Erreichen der Endteufe ein Grundwasserbeobachtungsrohr eingebaut werden soll. Ais Bohrspülung wird eine stabile Tonmehl-Quellstärke-Suspension eingesetzt, die bei einem Tonmehlgehalt von etwa 250 kg je 1000 1 Wasser einen Stärkeanteil von 2 kg besitzt. Die Spülungsparameter Dichte = 1,14 g/cm ,Trichterauslaufzeit = 22 s und Wasserabgabe = 22 ml entsprechen den geforderten Werten.In the Rotary drilling method, a well is drilled in the loose rock into which a groundwater observation pipe is to be installed after reaching the final depth. As drilling mud, a stable clay-spring starch suspension is used, which has a starch content of 2 kg with a clay content of about 250 kg per 1000 l of water. The flushing parameters density = 1.14 g / cm, funnel outlet time = 22 s and water output = 22 ml correspond to the required values.

Nach Erreichen der Endteufe erfolgt eine geophysikalische Vermessung der Bohrung, um anstehende Grundwasserleiter genau zu lokalisieren.After reaching the final depth, a geophysical survey of the borehole is carried out in order to precisely locate the upcoming aquifers.

Anschließend wird die Bohrung mit einem Grundwasserbeobachtungsrohr, Filterkies im vorgesehenen Filterbereich und Tonabdichtungen in den Grundwasserstauen ausgebaut. Danach erfolgt die Zugabe der Oc -Amylase in einer Menge von 0,3 1 je kg Quellstärke im Filterbereich. Nach einer Verweilzeit von 24-5 Stunden sind die Quellstärkebestandteile abgebaut und die Filterkruste ist damit aufgelockert. Zum Austrag der Tonbestandteile wird nach dem Mischluftwasserheberprinzip eine Intensivierung des Grundwasserbeobachtungsrohres vorgenommen. Durch abschließende Versickerungs- und Wiederanstiegsmessungen erfolgt der Qualitätsnachweis des Grundwasserbeobachtungsrohres.The hole is then removed with a groundwater observation pipe, filter gravel in the designated filter area and clay seals in the groundwater reservoirs. Thereafter, the addition of Oc -amylase in an amount of 0.3 1 per kg of swelling starch in the filter area. After a residence time of 24-5 hours, the swelling starch components are broken down and the filter crust is loosened. To discharge the clay components, an intensification of the groundwater observation pipe is made according to the mixed-air water-lifting principle. Final infiltration and reassembly measurements are used to verify the quality of the groundwater observation pipe.

Example 2:

Zur Herstellung einer vertikalen Wasserfassung in einem locker gelagerten Mischboden wird nach dem Saugspülbohrverfahren eine Bohrung niedergebracht. Dabei wird als Bohrspülung eine stabile Tonmehl-Quellstärke-Suspension eingesetzt, die bei einem Tonmehlgehalt von etwa 180 kg je 1000 1 Wasser einen Quellstärkeanteil von 10 kg besitzt. Eine derart hergestellte BohrspülungTo produce a vertical water intake in a loosely mounted mixed soil a hole is drilled after the Saugspülbohrverfahren. In this case, a stable clay flour-source starch suspension is used as Bohrspülung, which has a Quellstärketeil of 10 kg with a clay content of about 180 kg per 1000 1 of water. A drilling fluid produced in this way

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hat eine Dichte von 1,1 g/cm , eine Trichterauslaufzeit von 26 s und eine Wasserabgabe von IO ral. Damit werden die bei lokker gelagerten Böden an Bohrspülungen gestellten Anforderungen erfüllt. Die gegenüber einer herkömmlichen Tongrundspülung erhöhte Viskosität dieser Spülung, die sich durch Spülungsaufladung während des Bohrprozesses noch weiter erhöht, beugt Spülungsabgängen in Bodenbereichen erhöhter Permeabilität vor, wodurch erst ein durchgehendes Niederbringen der Bohrung gewährleistet wird.has a density of 1.1 g / cm, a funnel outlet time of 26 s and a water release of 10%. This fulfills the requirements placed on drilling muds at Lokker soil. The increased compared to a conventional Tongrundspülung viscosity of this rinse, which increases even more by flushing charge during the drilling process, prevents Spülungsabgängen in soil areas of increased permeability, whereby only a continuous sinking the hole is guaranteed.

Nach Erreichen der Endteufe erfolgt der Ausbau der Bohrung zu einem Entwässerungsbrunnen. Danach wird die im Brunneninnenraum verbliebene Bohrspülung abgepumpt und durch klares Wasser ersetzt.After reaching the final depth, the hole is removed to a drainage well. Thereafter, the remaining drilling fluid in the well interior is pumped off and replaced with clear water.

Zur Permeabilitätserhöhung im Filterbereich wird in den Brunneninnenraum eine Menge von 0,2 1 ex -Amylase je kg im Bohrloch verbliebener Kartoffelquellstärke zugegeben. Nach einer Verweilzeit von 24 - 5 Stunden sind die Quellstärkebestandteile der in der Bohrung verbliebenen Bohrspülungsrückstände und der während des Bohrprozesses gebildeten Filterkruste aufgelöst. Dadurch liegen die Tonbestandteile in freier Form vor und werden durch Klarpumpen mit dem Sfachen des Nennfördervolumens des Brunnens ausgetragen, indem bis zur Förderung klaren Wassers klargepumpt wird. Damit ist die vertikale Wasserfassung zur Übergabe an den Nutzer bereit.To increase the permeability in the filter area, a quantity of 0.2 l ex -amylase per kg of potato source starch remaining in the borehole is added to the well interior. After a residence time of 24-5 hours, the swelling starch components of the drilling mud residues remaining in the well and the filter crust formed during the drilling process are dissolved. As a result, the clay components are in free form and are discharged by clear pumping with the Sfachen of the nominal delivery volume of the well by being clear pumped to the promotion of clear water. Thus, the vertical water intake is ready for transfer to the user.

Claims

invention claim

1. Bohrspülung for the production of underground permeable cavities, consisting of a non-Newtonian liquid and a finely dispersed suspension carrier, characterized in that the drilling fluid biologically degradable FiI-tratsenker in finely divided form or aqueous solution in an amount of 0.5 to 10 kg per 1000 1 contains non-fluorescent liquid and a delayed-to-add biocatalyst in an amount of 0.05 to 0.5 1 per kg Filtratsenker.

2. Bohrspülung according to claim 1, characterized in that the biochemically degradable Filtratsenker is preferably contained in an amount of 2 to 10 kg per 1000 1 non-Newtonian liquid in the drilling fluid.

3. Bohrspülung according to claim 1 and 2, characterized in that is used as biochemically degradable Filtratsenker preferably kaltvvasserlose potato spring starch.

4. Bohrspülung according to claim 1, characterized in that the biocatalyst in the drilling fluid is preferably contained in an amount of 0.1 to 0.3 1 per kg added Filtratsenkers.

5. Bohrspülung according to claim 1 and 4, characterized in that as a biocatalyst preferably Ot - and / or / 3 -amylase is used.