DE10007707A1

DE10007707A1 - Verfahren und Vorrichtung für die Verdichtung von bindigem u. nichtbindigem Gut durch pulsende Verdrängung

Info

Publication number: DE10007707A1
Application number: DE2000107707
Authority: DE
Inventors: Hossein Hosseini Tudeshki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-19
Filing date: 2000-02-19
Publication date: 2001-08-30

Abstract

Verfahren zur Verdichtung von bindigem und nichtbindigem Gut mittels einer über eine Bohrung in das Gut eingebrachten Vorrichtung, der von außerhalb der Bohrung Energie zugeführt wird, die in der Vorrichtung in mechanische Impulse umgesetzt wird, wobei die Bohrung in drehendem oder nichtdrehendem Vortrieb herstellbar ist, wobei die Impulse mittels einer zyklischen Expansion und Kontraktion der Vorrichtung auf das Gut ausgeübt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdichtung von bindi gem und nichtbindigem Gut mittels einer über eine Bohrung in das Gut eingebrachten Vorrichtung, der von außerhalb der Bohrung Energie zugeführt wird, die in der Vorrichtung in mechanische Impulse umgesetzt wird, wobei die Bohrung in drehendem oder nichtdrehendem Vortrieb herstellbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichrung zur Durchführung dieses Verfahrens, die über eine Bohrung in das Gut einzubringen ist und in der von außerhalb der Bohrung zugeführte Energie in mechanische Impulse umgesetzt wird. Im wesentlichen betrifft das Verfahren und die Vorrichtung den Bereich von grundbautechnischen und bodenmecha nischen Maßnahmen. Diese erstrecken sich auf die Verdichtung sowohl von künstlich aufgeschüttetem als auch von natürlich abgelagertem Gut, z. B. Böden auf Kippen, Halden, Böschungen, Dämmen und Deponien zum einen sowie Baugrund für Verkehrswege und -flächen und für Wasserwege zum anderen. Ein Beispiel für den ersten Fall sind setzungsfließgefährderte Kippen und Kippen böschungen im Bereich der ehemaligen Braunkohletagebaue in den neuen Bundesländern. Die Maßnahmen erstrecken sich weiterhin auf die Verdichtung von Schüttgut in Speichern, Silos oder Fahr zeugen. Sie umfassen darüberhinaus auch die Verdichtung von frisch vergossenem Beton.

Es wurde bereits eine Vielzahl von Verfahren der genannten Art entwickelt, deren Anwendbarkeit vor allem von den physikalischen Eigenschaften des Verdichtungsgutes wie Kornverteilung, Korn form, Lagerungsdichte und Wassergehalt sowie von den geomecha nischen und hydrologischen Randbedingungen sowie vom Verdich tungsziel abhängt. In der Praxis werden insbesondere die Verfahren Sprengverdichtung, Rütteldruckverdichtung, Rüttel stopfverdichtung und dynamische Intensivverdichtung angewandt.

Bei der Sprengverdichtung wird eine Verbesserung der bodenmecha nischen Eigenschaften von gesättigtem Lockergestein durch die Zerstörung einer lockeren Kornstruktur und ihre Umordnung mit gleichzeitiger Verdichtung erreicht. Das Verfahren wird in un terschiedlichen Ausführungen in der DD 286 724 A1, US 2 236 759 A, DE 44 64 008 A1 und DE 195 15 084 C1 beschrieben.

Die Sprengverdichtung ist trotz vielfältiger Vorteile vor allem aufgrund hoher Immissionen nur begrenzt einsetzbar. Sprenger schütterungen beschränken den Einsatz des Verfahrens auf Gebie te, die in größerer Entfernung zu Wohnbebauungen, Versorgungs leitungen und sonstigen Infrastruktureinrichtungen liegen. Dar überhinaus ist das Verfahren bei der Stabilisierung ufernaher Bereiche nur bedingt geeignet, da das Risiko ungewollter Rut schungen hoch ist. Das Verfahren ist nur für wassergesättigtes Gut geeignet. Eine periodische Energieeinleitung an einer be stimmten Stelle ist mit diesem Verfahren nicht möglich.

Bei der Rütteldruckverdichtung wird das anstehende Korngefüge durch eine Rüttlersonde verdichtet. Der durch die Verdichtung an der Oberfläche entstehende Absenkungstrichter wird mit Zusatzma terial verfüllt. Die Reichweite des Verfahrens ist auf einen sehr engen Bereich beschränkt, weil die Energiedichte bezogen auf den Rüttelpunkt sehr gering ist. Dieses Verfahren wird unter anderem in der DE 30 16 841 C2, DE 44 09 098 A1, DE 32 05 099 C2, DE 31 05 611 C2 und DE 29 48 403 A1 beschrieben.

Das relativ teure Verfahren der Rütteldruckverdichtung findet beispielsweise dort Anwendung, wo keine Sprengverdichtung einge setzt werden kann. Aber auch hier können ökologisch sensible Bereiche nicht ohne bleibende Beeinträchtigung stabilisiert werden. Die Zugänglichkeit des Geländes muß gewährleistet sein. Sie wird häufig erst durch kostenintensive Dammschüttungen ge schaffen werden können. Stark rutschungsgefährderte Bereiche können nicht bearbeitet werden, da sich Gerät und Personal wäh rend der Anwendung des Verfahrens sehr nahe am Rüttelpunkt be finden.

Mit der Rüttelstopfverdichtung kann in Materialien, in denen eine Kornumlagerung durch Schwingungen nicht zu erreichen ist, eine Verbesserung der bodenmechanischen Eigenschaften durch das Einrütteln von Zusatzmaterial bewirkt werden. Im übrigen ist das Verfahren hinsichtlich seiner Nachteile mit der zuvor be schriebenen Rütteldruckverdichtung zu vergleichen.

Bei der dynamischen Intensivverdichtung wird ein Fallgewicht wiederholt aus einer bestimmten Fallhöhe auf einen zu verdich tenden Bereich abgeworfen. Dieses Verfahren ist unter anderem in der DE 23 51 713 C2 beschrieben. Die horizontale und vor allem die vertikale Reichweite des Verfahrens ist begrenzt, so daß mächtige Bereiche nicht durchgehend verdichtet werden können. Aufgrund des hohen Einsatzgewichtes des notwendigen Geräts und des Fallgewichts sowie aufgrund der Initialwirkung beim Auf treffen des Fallgewichts ist das Verfahren für Verdichtungen abrutschgefährderter Bereiche, z. B. ufernaher Abschnitte un geeignet. Darüber hinaus ist die Anwendung des Verfahrens stets mit einer völligen Zerstörung der Flora und Fauna an der Ober fläche verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und sicheres Verfah ren und eine unempfindliche Vorrichtung zur Verdichtung von bindigem und nichtbindigem Gut zu schaffen, welche die notwen dige Verdichtungsenergie innerhalb des Guts in einer Bohrung in situ freisetzen und unabhängig vom Wassergehalt des Gutes ange wandt werden können.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Impulse mittels einer zyklischen Expansion und Kontraktion der Vorrichtung auf das mit der Vorrichtung in Anlage befindliche Gut ausgeübt werden. Zy klisch bedeutet hierbei, daß nach Ausübung eines Impulses unter Expansion und Kontraktion die Vorrichtung auf ihre Ausgangsform zurückgeführt wird. Die Impulse können hierbei auf einen Erzeu gungsort bezogen, als Einzelerscheinung, in unregelmäßiger Wie derholung oder in periodischer Folge ausgeübt werden. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, daß die Impulse unter Expansion eines Volumens eines gasförmigen Mediums und unter Verformung einer das Volumen begrenzenden elastischen Membran ausgeübt werden bzw. daß die Impulse unter Verdrängung eines Volumens eines flüssigen Mediums und unter Verformung einer das Volumen begrenzenden elastischen Membran ausgeübt werden. Die genannten Merkmale können auch in der Weise kombiniert werden, daß die elastische Membran nicht unmittelbar das entspannende Gas, son dern das Volumen des flüssigen Mediums begrenzt und daß dieses von dem Volumen des entspannenden Gases verdrängt wird. In letz terem Fall kann das Gas der Vorrichtung hochgespannt zugeführt und in dieser entspannt werden oder an der Oberfläche entspannt werden und dort einen Impuls auf das flüssige Medium ausüben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, d. h. insbesondere deren ela stische Membran, die auch aus mehreren elastischen Teilbereichen bestehen kann, verdrängt bei der Expansion das Gut im Bohrloch und kehrt durch die Kontraktion in ihre Ursprungsform zurück. Der Vorgang kann periodisch wiederholt werden. In vorteilhafter Weise wird hierbei kein Medium in das zu verdichtende Gut einge leitet, d. h. also weder flüssiges noch gasförmiges Medium. So weit das entspannte Gas bei jedem einzelnen Impuls anschließend abgeleitet wird, geschieht dies über das Bohrloch bzw. ins Bohr loch, so daß das zu verdichtende Gut nicht beeinträchtigt wird. Der Vorgang wird in der Regel periodisch wiederholt, wobei die Vorrichtung am tiefsten Punkt der Bohrung festgehalten oder innerhalb der Bohrung vor- oder zurückbewegt werden kann. Hier durch kommt es zu einer effektiven Verdichtung des Gutes, die durch die Stärke der Impulse und/oder die Dauer der periodischen Wiederholung beeinflußt werden kann.

Je nach Art des zu verdichtenden Gutes wird das Verfahren in der Weise duchgeführt und eine entsprechende Bauart der Vorrichtung ausgewählt, bei der entweder die Expansion mit einer höheren Volumenänderungsrate erfolgt als die Kontraktion oder bei der die Expansion und die Kontraktion einer Sinusfunktion folgen. Mit einer relativ geringeren Kontraktionsrate wird insbesondere die Gefahr von Kavitation vermieden, die zur Beschädigung der Vorrichtung führen könnte. Eine Sinusfunktion läßt sich durch eine Vorichtung mit einem Tauchkolben konstruktiv leicht dar stellen.

Die Wirksamkeit des Verfahrens läßt sich in besonderer Weise dadurch steigern, daß die Impulsfrequenz der Vorrichtung auf die Eigenfrequenz des Gutes für Druckschwingungen eingestellt wird. Die effektive Durchführung des Verfahrens setzt voraus, daß die Vorrichtung mit ihren expandierenden und kontrahierenden Berei chen in gutem Oberflächenkontakt mit dem Gut an der Bohrlochwan dung und/oder am Bohrlochgrund steht. Sofern dieser Kontakt nicht durch selbstständiges Nachrutschen von Material im Laufe der Verdichtung des Gutes aufrechterhalten wird, kann zur Ver besserung des Wirkungsgrades über das Bohrloch ein Zusatzmedium, insbesondere Sand oder Schotter während der periodischen Erzeu gung der Impulse nachgeführt werden.

Wie bereits oben angedeutet, wird gemäß einer bevorzugten Durch führungsart der Vorrichtung Druckluft zugeführt, die eine erste Kammer einnimmt, die dann schlagartig in eine zweite Kammer expandieren kann, die auf einen Kolben einwirkt, welcher seiner seits ein Volumen an flüssigem Medium verdrängt, das von einer elastischen Membran begrenzt wird. Hiernach kann die entspannte Druckluft in das Bohrloch, nicht jedoch in das anstehende Gut abgeführt werden. Durch erneutes Zuführen von Druckluft wird dann der Kolben zunächst in seine Ausgangsstellung zurückge führt, wonach sich der Vorgang wiederholt.

Nach einer anderen Variante kann elektrische Energie einen E- Motor antreiben, der über einen Kurbelantrieb einen Tauchkolben in eine oszillierende Kolbenbewegung versetzt. Dieser wirkt wieder auf das Volumen an flüssigem Medium, das von einer da durch elastischen Membran begrenzt wird, wodurch die expandie renden und kontrahierenden Bewegungen der Vorrichtung erzeugt werden.

Nach einer weiteren Möglichkeit kann die Energie der Vorrichtung in der Form von kinetischer Energie mit einem Fallgewicht zu geführt werden und über einen von Druckfedern abgestützen Kolben zur Verdrängung des Volumens an flüssigem Medium umgesetzt wer den. Das flüssige Medium wirkt seinerseits auf die begrenzende elastische Membran. Die Rückführung des Kolbens erfolgt über die kurzfristig zusammengedrückten Druckfedern.

Schließlich kann der Vorrichtung Energie in Form von Brennstoff- Luft-Gemisch zugeführt werden, das entzündet wird und in seiner Wirkung ähnlich der entspannenden Druckluft betrachtet werden kann.

Als Mittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die die volumen verändernde Expansion und Kontraktion umsetzen, ist insbesondere eine elastische Membran geeignet. Hierbei sind keine gegenein ander beweglichen Teile nach außen abzudichten, so daß die beste Eignung für den Einsatzfall in schüttfähigen und schlammigen Gütern gegeben ist. Die elastische Membran kann einen zylin drischen Teil der Vorrichtung mit radialen Austrittsöffnungen manschettenförmig umschließen oder sie kann ein Stirnende der Vorrichtung mit einer zentralen Austrittsöffnung kappenförmig überdecken.

Die Pulsation der Vorrichtung in Form der Erscheinungen Expan sion und Kontraktion bilden ideale Voraussetzungen für die Ver dichtung von verschiedensten bindigen und nichtbindigen Materia lien. Nachstehend werden die Vorteile des Verfahrens aufgeführt.

Die Vorrichtung bildet ein geschlossenes und unempfindli ches System. Das Volumen des energieübertragenden Mediums ist bei der Verwendung einer Flüssigkeit innerhalb der Vorrichtung unverändert. Eine Nachführung von Medium ist nicht erforderlich.

Das Verfahren ist unabhängig von der Feuchtigkeit bzw. der Sättigung des Gutes geeignet.

Eine periodische Arbeitsweise ermöglicht eine hohe Energie dichte an einem Ort.

Die Energieeinleitung kann periodisch wiederholt werden, wodurch die Effektivität steigt.

Die Energierate kann von der Oberfläche aus reguliert und verändert werden.

Die Frequenz des Pulsierens kann während der Verfahrensan wendung verändert werden.

Das Bohrloch bleibt bei der Pulsation weitgehend erhalten.

Die Pulsation kann sowohl beim Niederbringen der Bohrung als auch während des Ziehens der Vorrichtung durchgeführt werden.

Der gleichzeitige Einsatz mehrerer Pulsationsvorrichtungen in geeignetem Abstand voneinander ist möglich.

Die Anordnung mehrerer Pulsationsvorrichtungen in einem Bohrloch mit frei zueinander wählbarem Abstand ist möglich.

Die Durchführung des Verfahrens ist unabhängig von der Art der Einbringung der Vorrichtung in drehendem oder nicht drehendem Vortrieb oder in sonstigen Eindringverfahren.

Die Vorrichtung kann auch in einem bereits zuvor fertig gestellen Bohrloch zum Einsatz kommen.

Die Pulsationsvorrichtung kann in ein Bohr- bzw. Vortriebs gestänge integriert sein.

Die infolge der Pulsation auftretenden Erschütterungen und Lärmimmissionen sind vergleichsweise gering.

Bei der Mehrzahl der Verfahrensvarianten entstehen keine umweltbelastenden Gase.

Das Verfahren ist auch für größere Tiefen einsetzbar.

Das Verfahren kann sowohl auf dem Festland als auch auf dem Wasser durchgeführt werden.

Die Dosierbarkeit der zugeführten Energie ermöglicht den Einsatz des Verfahrens in abrutschgefährderten Bereichen.

Die Einbringung der Pulsationsvorrichtung in das zu verdichtende Gut wird je nach Aufgabenstellung wie folgt vorgenommen:
durch gesteuerte oder ungesteuerte vertikale, Schräg- oder Horizontalbohrungen oder durch deren Kombination:
durch nichtdrehende Vortriebsverfahren (Druck-, Schlag- und Rüttelverfahren) in beliebiger Richtung und Orientierung.

Die Kombination des Verfahrens mit gesteuerten Schräg- und/oder Horizontalbohrungen bzw. -Vortriebsverfahren ermöglicht die Berarbeitung von sonst unzugänglichen Bereichen wie Inseln oder ufernahen Gebieten. Insbesondere durch die Kombination des Ver fahrens mit gesteuerten Schräg- und/oder Horizontalbohrungen bzw. -Vortriebsverfahren kann sich die vortreibende bzw. steu ernde Ausrüstung im Falle einer Rutschungsgefahr stets in einem sicheren Gebiet befinden.

Bei der Kombination des Verfahrens mit gesteuerten Schräg- und/oder Horizontalbohrungen bzw. -Vortriebsverfahren können ökologisch sensible Gebiete weitgehend schonend bearbeitet wer den.

Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Beispiele für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Gasentspannung und kappenförmigem Membrankörper;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Gasentspannung und manschettenförmigem Membrankörper;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit motorischem Tauchkolbenantrieb;

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Fallgewicht betätigung;

Fig. 5 die Durchführung des Verfahrens in Kombination mit der gesteuerten Horizontalbohrtechnik in einer ersten Ausführung;

Fig. 6 die Durchführung des Verfahrens in Kombination mit der gesteuerten Horizontalbohrtechnik in einer zweiten Ausführung;

Fig. 7 die Durchführung des Verfahrens in Kombination mit der gesteuerten Horizontalbohrtechnik in einer dritten Ausführung;

Fig. 8 die Durchführung des Verfahrens in Kombination mit der gesteuerten Horizontalbohrtechnik in einer vierten Ausführung;

Fig. 9 die Durchführung des Verfahrens in Kombination mit einer Schrägbohrung;

Fig. 10 die Durchführung des Verfahrens in Kombination mit einer Vertikalbohrung;

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in drei Dar stellungen gezeigt, nämlich

a) vor dem Erzeugen eines Impulses
b) bei der Expansion
c) bei der Kontraktion

Die Einzelheiten sind im wesentlichen gleich und werden gemein sam beschrieben.

Ein zylindrisches Gehäuse 10, das in ein Bohrgestänge 29 inte griert werden kann, hat eine an ein Bohrloch angepaßte längliche zylindrische Form. An dieses Gehäuse 10 sind eine Druckluft zuführungsleitung 1 und eine Steuerungsleitung 2 angeschlossen. Innerhalb des Gehäuses befindet sich eine Druckluftkammer 3, die von einem Kolben 5 begrenzt wird. Im einzelnen umfasst die Druckluftkammer 3 eine Speicherkammer und eine Expansions kammer, die durch Öffnen eines Steuerventils miteinander verbun den werden können. Das Steuerventil kann über die Steuerungs leitung 2 betätigt werden. Der Kolben 5 begrenzt ein Volumen 7 an flüssigem Medium, das ebenfalls im Gehäuse 10 eingeschlossen ist. Dieses Volumen 7 ist im wesentlichen in einer Kammer 4 von festen Wänden eingeschlossen, jedoch hat das zylindrische Gehäu se 10 eine stirnseitige Öffnung 6, die von einer elastischen kappenförmigen Membran 8 abgeschlossen ist. Die Membran 8 ist mit Spannbändern 9 auf dem Gehäuse 10 festgelegt.

In Darstellung a hat die Druckluftkammer 3 ihr kleinstes und die feste Kammer 4 ihr größtes Volumen. Der Kolben 5 nimmt seine höchste Stellung ein. Die Druckluft befindet sich noch im Spei cherabteil der Druckluftkammer 3.

In Darstellung b ist gezeigt, wie die Druckluftkammer 3 wesent lich vergrößert ist und der Kolben 5 dadurch unter Verdrängung des Volumens 7 an flüssigem Medium nach unten verschoben ist. Durch die Verdrängung des flüssigen Mediums hat sich die Membran 8 in Richtung der Pfeile sackförmig ausgeweitet. Ein im Expan sionsabteil der Druckluftkammer 3 entstehender Impuls überträgt sich somit über den Kolben 5 und das Volumen 7 an flüssigem Medium sowie die Membran 8 auf das umgebende die Wände der Boh rung bildende Gut.

In Darstellung c ist gezeigt, wie die Membran 8 in Richtung der Pfeile zurückgeführt ist, sei es durch die elastischen Rück stellkräfte der Membran 8, sei es durch die aktive Rückführung des Kolbens 5 über auf den Kolben 5 einwirkende Druckluft, die zunächst den Kolben hebt und dann das Speicherabteil der Druck luftkammer füllt.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in drei Dar stellungen gezeigt, nämlich

a) vor dem Erzeugen eines Impulses
b) bei der Expansion
c) bei der Kontraktion

Die Einzelheiten sind im wesentlichen gleich und werden gemein sam beschrieben.

Ein zylindrisches Gehäuse 10', das in ein Bohrgestänge intre griert werden kann, hat eine an ein Bohrloch angepaßte längliche zylindrische Form. An dieses Gehäuse 10' sind eine Druckluft zuführungsleitung 1 und eine Steuerungsleitung 2 angeschlossen. Innerhalb des Gehäuses befindet sich eine Druckluftkammer 3, die von einem Kolben 5 begrenzt wird. Im einzelnen umfasst die Druckluftkammer 3 ein Speicherabteil und ein Expansionsabteil, die durch Öffnen eines Steuerventils miteinander verbunden wer den können. Das Steuerventil kann über die Steuerungsleitung 2 betätigt werden. Der Kolben 5 begrenzt ein Volumen 7 an flüssi gem Medium, das ebenfalls im Gehäuse 10' eingeschlossen ist. Dieses Volumen 7 ist im wesentlichen in einer Kammer 4 von fe sten Wänden eingeschlossen, jedoch sind im zylindrischen Gehäuse 10' radiale Öffnungen 6' vorgesehen, die von einer elastischen manschettenförmigen Membran 8' abgeschlossen sind. Die Membran 8' ist mit Spannbändern 9 auf dem Gehäuse 10' festgelegt.

In Darstellung a hat die Druckluftkammer 3 ihr kleinstes und die feste Kammer 4 ihr größtes Volumen. Der Kolben 5 nimmt seine höchste Position ein. Die Druckluft befindet sich noch im Spei cherabteil der Druckluftkammer 3.

In Darstellung b ist gezeigt, wie die Druckluftkammer 3 wesent lich vergrößert ist und der Kolben 5 dadurch unter Verdrängung des Volumens 3 an flüssigem Medium nach unten verschoben ist, nachdem die Druckluft aus dem Speicherabteil in das Expansions abteil überströmen kann. Durch die Verdrängung des flüssigen Mediums hat sich die Membran 8' in Richtung der Pfeile ring wulstförmig ausgedehnt. Ein in der Druckluftkammer 3 enstehender Impuls überträgt sich somit über den Kolben 5 und das Volumen 7 an flüssigem Medium sowie die Membran 8' auf das umgebende die Wände der Bohrung bildende Gut.

In Darstellung c ist gezeigt, wie die Membran 8' in Richtung der Pfeile zurückgeführt ist, sei es durch die elastischen Rück stellkräfte der Membran 8', sei es durch die aktive Rückführung des Kolbens 5.

In den beiden vorgenannten Ausführungen der Vorrichtung kann die Stärke des Impulses durch Einregulierung des Gasdrucks der zu geführten Druckluft oder durch Einstellung der die verschiedenen Abteile der Druckluftkammer verbindenden Querschnitte erfolgen.

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Zy linderGehäuse 10" gezeigt, das am unteren Ende radiale Öff nungen 6" hat, die von einer Manschette 8 abgedeckt sind. Durch radiale Pfeile ist die Wirkung der Expansion angedeutet. Im Zylindergehäuse 10" befindet sich ein Tauchkolben 11, der mit einem Kurbelantrieb 12 verbunden ist. Dieser steht auf seinem oberen Totpunkt, so daß die Manschette 8" vollkommen kontra hiert ist. Unterhalb des Tauchkolbens 11 ist eine Kammer 4 mit einem Volumen 7 an flüssigem Medium. Die Vorrichtung befindet sich hier in einem Bohrloch in anstehendem Gut 13. Die Lagerung und der Antriebsmotor des Kurbelantriebs 12 und der obere Ab schluß des Zylindergehäuses 10" sind nicht im einzelnen dars gestellt. Auch diese erfindungsgemäße Vorrichtung soll im we sentlichen ein abgeschlossenes System darstellen, bei dem aus schließlich ein Druckausgleich hinter dem Tauchkolben 11 zum Bohrloch möglich ist.

In Fig. 4 ist ein hinten offenes zylindrisches Gehäuse 10''' gezeigt, in dem ein Fallgewicht 14 geführt ist, das über ein Seil 15 anhebbar ist. Wie eine Querschnittsdarstellung oben zeigt, hat das Fallgewicht 14 umfangsverteilt drei Führungs bereiche 16 und drei Druckausgleichskanäle 17. Das Fallgewicht 14 sitzt auf einem Kolben 18, der sich über Druckfeder 19 auf einem Gehäuseabsatz 20 abstützt. Der Kolben 18 begrenzt eine Kammer 4 mit einem Volumen 7 an flüssigem Medium. Im Zylinder gehäuse 10''' sind auch hier radiale Öffnungen 6''' vorgesehen, die von einer Ringmanschette 8''' abgedeckt sind. Das Gehäuse ist oben nicht vollständig dargestellt und bildet bevorzugt ein nach oben weitgehend geschlossenes System, das ausschließlich eine Seildurchführung auffassen muß. Das anstehende Gut ist auch hier mit 13 bezeichnet.

In Fig. 5, Teilabbildungen A-D, wird zunächst mit dem Bohr gerät 21 durch ein Bohrgestänge 22 (Rig-site) eine Horizontal bohrung 29 mit Austritt (pipe site) erstellt (A). Anschließend wird beim Zurückziehen des Gestänges 22 eine zugfeste Leitung 23 z. B. "Coiled-Tubing" in die Bohrung 29 eingezogen (B). Mit Aus tritt der Leitung 23 am Bohrgerät 21 (Rig-Site) wird eine Pulsa tionsvorrichtung 24 an die Leitung 23 angeschlossen (C). In dieser Leitung 23 können sämtliche notwendigen Versorgungslei tungen wie Druckluft und Steuerleitungen integriert sein.

Die Druckluft wird einem Kompressor 25 und/oder einem Druck speicher entnommen und gelangt über die Leitung 23 zur Vorrich tung 24. Sie wird nun durch Zurückziehen der Leitung 23, z. B. Aufwickeln mittels einer Winde 26, in die Bohrung 29 eingezogen (D).

Durch die "in-situ"-Arbeitsweise der Vorrichtung wird die Mög lichkeit ferngesteuerter periodischer Pulsationsvorgänge ge schaffen. Die Verdichtung kann sowohl während des Zurückziehens der Leitung 23 als auch im Stillstand erfolgen. Der Einbau meh rerer Pulsationsvorrichtungen ist möglich. Unverdichtetes Gut ist mit 27, verdichtetes Gut mit 28 bezeichnet. Mit 30 ist ein Verdichtungsstoß bezeichnet.

In einer weiteren Ausführung nach Fig. 6, Teilabbildungen A-D enspricht der Bohrvorgang dem in Fig. 5 (A). Nach Beendi gung des Bohrvorganges wird beim Zurückziehens des Bohrgestänges 22 die Pulsationsvorrichtung 24 und daran angeschlossene Versor gungsleitungen 23 in das Bohrloch 29 eingezogen. Hierbei kann sowohl während des Ziehvorganges als auch bei Stillstand ver dichtet werden (B). Die Versorgung der Vorrichtung 24 erfolgt über die Leitung 23. Nach dem Ausbau des Bohrgestänges 22 wird die Vorrichtung 24 von der Leitung 23 getrennt (C). Die Leitung wird danach zurückgezogen (D). Der Einbau mehrerer Vorrichtungen ist möglich. Unverdichtetes Gut ist mit 27, verdichtetes Gut mit 28 bezeichnet. Mit 30 ist ein Verdichtungsstoß bezeichnet.

In der Ausführung nach Fig. 7, Teilabbildungen A-C, wird nach Beendigung des Bohrvorganges die Pulsationsvorrichtung 24 an das Bohrgestänge 22 angeschlossen (A). Das Gestänge 22 dient als Führung für die Versorgungsleitungen. Anschließend wird das Bohrgestänge 22 zurückgezogen. Es kann sowohl während des Zieh vorganges als auch im Stillstand verdichtet werden (B). Nach Ausbau der letzen Gestängeteile wird die Vorrichtung 24 ausge baut (C). Die Versorgung erfolgt gemäß Variante 1 bzw. 2. Der Einbau von mehreren Vorrichtungen ist möglich. Unverdichtetes Gut ist mit 27, verdichtetes Gut mit 28 bezeichnet. Mit 30 ist ein Verdichtungsstoß bezeichnet.

Fig. 8 verdeutlicht die Ausführung des Verfahrens in Kombina tion mit gesteuerten Horizontalbohrungen ohne Austrittspunkt. Nach Beendigung des Bohrvorgangs wird das Gestänge 22 aus der Bohrung 23 zurückgezogen. Anschließend wird die Pulsationsvor richtung 24 in das Bohrloch eingeführt. Diese Aufgabe kann mit tels des Bohrgestänges 22 erfolgen. Nachdem die Vorrichtung 24 ihre Position im Bohrloch erreicht hat, wird beim Zurückziehen verdichtet. Es ist ebenfalls möglich, durch Integration der Vorrichtung 24 im Bohrgestänge die Pulsation auch während des Bohrvorganges auszulösen.

Fig. 9 zeigt die Ausführung des Verfahrens in Kombination mit schrägen Bohrungen. Sie sind ähnlich den gesteuerten Horizontal bohrungen ohne Austrittpunkt, wobei in diesem Fall die Bohrung in der Hauptsache schräg nach unten verläuft. Auch hierbei kann die Pulsation beim Bohrvorgang bzw. nach dessen Beendigung beim Zurückziehen des Gestänges 22 abgegegen werden. Es sind die gleichen Bezeichnungen wie in den vorangehenden Figuren verwen det.

Fig. 10 verdeutlicht die Ausführung des Verfahrens in Kombina tion mit vertikalen Bohrungen. Die Bohrvorrichtung wird in der dargestellten Ausführung aus Sicherheitsgründen, z. B. bei Rut schung bzw. Sackungsgefahr, an einem Kran 31 mit Ausleger mon tiert. Der Pulsationsvorrichtung 24 kann im Bohrstrang 22 inte griert werden, so daß während des Bohrvorganges oder nach Been digung des Bohrvorganges beim Zurückziehen des Bohrgestänges 22 Pulsationen erfolgen. Das Verfahren kann ebenfalls in einem vorher erstellten Bohrloch durchgeführt werden. Der Einbau von mehreren Pulsationsvorrichtungen ist in allen Varianten möglich.

Claims

1. Verfahren zur Verdichtung von bindigem und nichtbindigem Gut mittels einer über eine Bohrung in das Gut eingebrach ten Vorrichtung, der von außerhalb der Bohrung Energie zugeführt wird, die in der Vorrichtung in mechanische Im pulse umgesetzt wird, wobei die Bohrung in drehendem oder nichtdrehendem Vortrieb herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse mittels einer zyklischen Expansion und Kontraktion der Vorrichtung auf das Gut ausgeübt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse unter Expansion eines Volumens eines gas förmigen Mediums und unter Verformung einer das Volumen begrenzenden elastischen Membran ausgeübt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse unter Verdrängung eines Volumens eines flüssigen Mediums und unter Verformung einer das Volumen begrenzenden elastischen Membran ausgeübt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Expansion mit einer höheren Volumenände rungsrate erfolgt als die Kontraktion.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansion und die Kontraktion einer Sinusfunktion folgen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfrequenz der Vorrichtung auf die Eigenfre quenz des Gutes eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse beim Vortreiben und/oder beim Ziehen der Vorrichtung in der Bohrung erzeugt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzmedium, insbesondere Sand oder Schotter, während der periodischen Erzeugung der Impulse in das Bohr loch eingefüllt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der Vorrichtung in Form von hochgespanntem Gas - insbesondere Druckluft - zugeführt wird, das in der Vorrichtung entspannt wird, oder daß die Energie der Vor richtung in Form von einem mit einem Impuls versehenen Flüssigkeitsvolumen zugeführt wird, das außerhalb der Vor richtung durch Entspannung eines hochgespannten Gasvolumens beschleunigt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der Vorrichtung in Form von elektrischer Leistung zugeführt wird, die über einen E-Motor und einen Kurbelantrieb eines Tauchkolbens in eine oszillierende Bewegung des Volumens an flüssigem Medium umgesetzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der Vorrichtung in Form von kinetischer Energie mit einem Fallgewicht zugeführt wird und in eine Beschleunigung des Volumens an flüssigem Medium und zum Teil in Federspeicherenergie umgesetzt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der Vorrichtung in Form von - insbesondere vorverdichtetem - Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, das gezündet und verbrannt wird.

13. Vorrichtung zur Verdichtung von bindigem und nichtbindigem Gut, die über eine Bohrung in das Gut einzubringen ist und in der von außerhalb der Bohrung zugeführter Energie in mechanische Impulse umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Mittel zur volumenverändernden Expan sion und Kontraktion umfaßt, die bei in das Bohrloch einge führter Vorrichtung in direkten Kontakt mit dem Gut treten.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine außenliegende elastische Membran umfas sen, die ein Volumen an gasförmigem Medium nach außen ab schließt, das innerhalb der Vorrichtung entspannt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine außenliegende elastische Membran umfas sen, die ein Volumen an flüssigem Medium nach außen ab schließt, das innerhalb der Vorrichtung verdrängbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen an flüssigem Medium zwischen der genannten elastischen Membran und einem in einem Zylinderrohr geführ ten Kolben eingeschlossen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben auf der Gegenseite zum flüssigen Medium von einem expandierenden gasförmigen Medium beaufschlagbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als Tauchkolben auf der Gegenseite zum flüs sigen Medium über einen Kurbelantrieb mit einem antreiben den E-Motor verbunden ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als Freikolben in dem Zylinderrohr ver schiebbar ist und ein von außerhalb der Bohrung über ein Seil betätigbares Fallgewicht im Zylinderrohr geführt ist und der Freikolben auf der Gegenseite zum Fallgewicht durch Druckfedern elastisch abgestützt ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als Freikolben in dem Zylinderrohr ver schiebbar ist und eine Verbrennungskammer begrenzt und der Freikolben auf der Gegenseite zur Verbrennungskammer durch Druckfedern elastisch abgestützt ist.