DE1011377B - Verfahren zum Verhindern von Spuelungsverlusten beim Bohren von Loechern in porigen und/oder sedimentaeren Gesteinsarten - Google Patents

Description

• Verfahren zum Verhindern von Spülungsverlusten beim Bohren von Löchern in porigen und/oder sedimentären Gesteinsarten Bei den bisher allgemein in der Gesteinsbohrtechnik gebräuchlichen Verfahren zum Bohren von vorzugsweise lotrechten Löchern in poriges oder sedimentäres Gestein oder in einen solche Gesteinsarten enthaltenden Gebirge benutzt man für die Beseitigung des Bohrschlammes aus dem bereits gebohrten Teil der Löcher Luft oder Wasser. Diese Spülmittel werden durch einen im Gesteinsbohrer vorgesehenen Kanal zugeführt, um vor allem bei lotrechter Bohrung den Bohrschlamm aus dem Bohrloch durch die im Bohrloch aufsteigende Rückströmung von Luft oder Wasser mitzureißen und herauszuspülen.
• Bei porigem oder sedimentärem Gestein kann das durch den Kanal im Bohrer zugeführte Spülmittel infolgeder Porigkeit des Gesteins um das Bohrloch herum teilweise in die Umgebung hinausgepreßt werden. Bei Sedimentgesteinen versickert es in den waagerechten Spalten, die stets zwischen den einzelnen Lagerfolgen vorhanden sind. Dies trifft insbesondere für schieferi;ge Gesteinsarten zu, bei denen bisweilen feste, steinharte Schichten mit mehr oder weniger plastischen Lehmschichten durchsetzt sind, die dem unter Druck austretenden, Wasser weichen oder von ihm fortgespült werden, derart, daß weite Durchlässe für Abflu.ß des eingespritzten Spülwassers und seine Ausbreitung in zur Hauptsache waagerechter Richturig in die Umgebung des Bohrloches geschaffen werden.
• Die Spülwi-rkung dies durch den Bohrer zugeführten Mittels wird hierdurch erheblich herabgesetzt. Um dennoch eine ausreichende Spülwirkung zu erhalten, muß der Druck in der Zufu'hrleitung noch weiter erhöht werden. Dies aber hat eine noch kräftigere Ausbreitung des Spülmittels in die Umgebung des Bohrloches zur Folge, und hierdurch wachsen wiederum die vorgenannten Schwierigkeiten.
• Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens, das diese Schwierigkeiten verringert und zugleich die Reimspülung des Bohrloches während des Bohrvorganges unterstützt.
• Des weiteren bezweckt die Erfindung die Steigerung des Wirkungsgrades des Bohrvorganges. Die Bohrgeschwindigkeit hängt unter anderem davon ab, wie wirksam und schnell der anfallende Bohrschlamm beseitigt werden kann. Offensichtlich setzt eine Steigerung der Bohrgeschwiindigkeit die Entfernung einer größeren Menge anfallenden Bohrschlammes aus dem Bohrloch in der Zeiteinheit voraus. Die Erfindung gestattet die Erfüllung dieser Voraussetzung.
• Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß dem das Bohrloch. umgebende Gestein ein Überdruck zugeführt wird, der höher ist als der statische Druck, der in dem Gestein in dessen porigem oder geschichtetem Aufbau vorhanden ist. Dieser statische Druck wird von dem Grundwasserspiegel - in dem betreffenden Gestein. bestimmt. In den verschieden geformten I3ohlräumen des Gesteins, wie z. B. Poren, waagerechten Spalten, lotrechten Schlechten oder Ablösungen, bildiet das Wasser ein System von kommunizierenden Gefäßen, das vorn Grundwasserspiegel an und abwärts den Wasserdruck im Gestein bestimmt.
• Gesteinsarten der hier in Rede stehenden Beschaffenheit haben ein erheblich größeres spezifisches Gewicht als Wasser, und zwar gewöhnlich mehr als 2,0. Wird somit in der Nähe eines .in Arbeit befindlichen Bohrloches durch einen hierfür vorgesehenen Zufuhrkanal ein Druckmittel, z. B. Preßluft oder Druckwasser eingeleitet, um einen Überdruck aufzubauen, so wird der Überdruck, der sich von dieser Einleitstelle in die nächste Umgebung ausbreiten läßt, nicht von dem Wassersäulendruek oberhalb des. Grundwasserspiegels bestimmt, sondern von dem Druck der über der Einleitstelle liegenden lotrechten Gesteinsmassensäu.le. Die Fläche, die diesem Überdruck ausgesetzt werden soll, ist von einem nach .oben breiter werdenden Kegel von Gesteinsmassen belastet, die somit auf ihre Basisfläche mit einer Kraft drückt, die dem höheren Gewicht dieses Gesteinsmassekegels ungefähr entspricht, wobei allerdings auch die strukturmäßige Festigkeit der Gesteinsarten eine Rolle spielen kann, indem sie entweder den Belastungsdruck noch erhöht oder verringert. Gemäß der Erfindung wird also in der unmittelbaren Umgebung eines Bohrloches ein den Gesteinsdruck übersteigender Druck erzeugt. Die Durchführbarkeit dieser Druckerzeugung ,und die dafür geeigneten Mittel sind unter anderem in den deutschen Patentschriften 945 647 und 954 721 und in dem Aufsatz »Undergr.o@und gasifcation of coal« in »Endeavour«, Bd. X, Nr. 39, beschrieben. Der Überdruck in dem umgebenden Gestein verhindert das Ausströmen des durch den Bohrer zugeführten Spülmittels in die Umgebung des Bohrloches. Das zugeführte Spülmittel steht also voll zur Bildung des den Bohrschlamm aus dem Bohrloch entfernenden Rückstromes zur Verfügung, und dies bedeutet eine erheblich verbesserte Reinigungswirkung. Der aufgebaute Überdruck gestattet sogar, zusätzliches Spülmittel von außen zuzuführen, wenn die Gesteinsart hierfür die nötigen Voraussetzungen bietet, wie es z. B. bei sedimentärem Gestein der Fall ist, indem die in dem Gestein vorhandenen waagerechten Spalten zur Erhöhung der Reinigungswirkung ausgenutzt werden, statt wie bisher durch die Ermöglichung des Ausflusses von Spülflüssigkeit die Wirkung zu verschlechtern.
• Wird gemäß der Erfindung Preßluft nicht nur als Mittel zum Aufbau des Überdrucks, sondern zugleich als Spülmittel benutzt, .gewinnt man zusätzlich den Vorteil, daß nicht nur die Suhle des Bohrloches, sondern auch dessen nächste Umgebung vom Grundwasser dräniert wird.
• Bei sedimentären Gesteinsarten, z. B. Schiefer, wird die Erfindung vorteilhaft dergestalt angewendet, daß eine Einspritzung von Druckluft auf verschiedenen Tiefen von der Bodenoberfläche bis zur tiefsten vorgesehenen Sohlentiefe vorgenommen wird. Infolge des strukturellen Aufbaus dieser Gesteinsart bildet sich eine Anzahl waagerechter Strömungsschichten zwischen den verschiedenen Schichten des Gesteins aus, in denen Luft unter Überdruck weitergeleitet werden kann, wie beispielsweise in dem deutschen Patent 945 647 näher angegeben ist, und zwar gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem der jeweiligen Tiefe entsprechenden Überdruck. Dies bedeutet, däß man den Überdruck jeweils so abpaßt, daß er ausreichend den von der hangenden Gesteinsmasse an der jeweiligen Einleitstelle des Druckmittels in derselben Tiefe ausgeübten Druck übersteigt.
• Um den Druck der Preßluft entsprechend der je- weiligen Tiefe der Einleitstelle regeln zu können, werden gemäß der Erfindung Luftsonden in lotrechte Bohrlöcher sehr kleinen Durchmessers niedergebracht und in der vorgesehenen Tiefe in an sich bekannter Weisse abgedichtet. Auf diese Weise läßt sich in dem das Bohrloch umgebenden Gestein der für die Entfernung des Bohrschlammes in einer bestimmten Tiefe günstigste Überdruck aufbauen.
• Dank der Eigenschaft des sedimentären Gesteins, vor allem ,des Schiefers, unter Überdruck waagerechte Spalten zu bilden, können gemäß einer weiteren Entwicklung des Erfindungsgedankens einige wenige fe:rtige Löcher dazu dienen, den Überdruck über ein Gebiet zu verteilen, wo eine erheblich größere Anzahl von Löchern gebohrt werden ruß. Hierbei ist es zweckmäßig, den ganzen Überdruck einer kleineren Anzahl unter Arbeit befindlichen Löcher vorzubehalten und andere, vor allem bereits fertiggebch:rte Löcher in der Nähe gegen den Zustrom der Druckluft abzudichten. Dies geschieht zweckmäßig durch Sandfüllung, Gummimuffen oder andere zweckgeeignete Dichtungsmittel, wie z. B. in dem deutschen Patent 954 721 näher angegeben ist. In dieser Weise wird die Wirkung der eingeleiteten Preßluft auf diejenigen Löcher konzentriert, bei denen die Beseitigung des anfallenden Bohrschlammes vordringlich ist.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Verhindern von Spülungsverlusten beim Bohren von vorzugsweise lotrechten Löchern in porigem und/oder sedimentärem stein, dadurch gekennzeichnet, daß in der T-Trngebung des zu bohrenden Loches ein Überdruck erzeugt wird, und zwar mit Hilfeeines in das Gestein eingeleiteten Druckmittels, welches durch die Porigkeit oder andere im Gestein vorhandene öder durch Zuführung .des Druckmittels gebildete Spalten wirksam wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere bereits in das Gestein gebohrte Löcher als vorzugsweise lotrechte Einleitkanäle für das Druckmittel verwendet werden, während im Gestein vorhandene Eigenparigkeit oder Durchlässigkeit bzw. vorhandene natürliche oder durch den Überdruck des Mittels geschaffene, im wesentlichen waagerecht verlaufende Spalten für die Weiterleitung des Druckmittels in die unmittelbare Umgebung weiterer unter Ausführung befindlicher Bohrlöcher ausgenutzt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Poren des Gesteins strömende Druckmittel Preßluft ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel an mehreren, auf verschiedener Tiefe liegenden Stellen in des Gestein eingeleitet wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel, das von einer oder einigen wenigen Eintrittsstellen aus infolge der Po rigkeit oder durch natürlich bzw. durch den Überdruck des Mittels geschaffene Spalten des Gesteins mit einer Vielzahl von Bohrlöchern gelangen könnte, durch Abdichtung einer Anzahl .dieser Löcher am Vordringen zu diesen gehindert tnd seine Strömung auf die übrigen Löcher konzntriert wird und dort den angestrebten Überdruck aufbaut, und zwar vorzugsweise um solche Löcher herum, deren Ausbohrung im Gange ist.