DE10115233A1 - Horizontalbohranlage - Google Patents

Abstract

Eine Horizontalbohranlage umfaßt ein Fahrwerk (10), auf dem eine Bohrrampe (18) zur Führung des Bohrgestänges, ein Gestängemagazin (22) zur Aufnahme einzelner Bohrstangen, ein Antriebsaggregat (24) für das Fahrwerk (10) und das Bohrgestänge und ein Bedienungsstand (14, 16) angeordnet sind, und eine Mischeinrichtung zum Aufbereiten von Spülflüssigkeit mit einem eine Mischpumpe aufweisenden Mischaggregat (32), das ohne einen Spülflüssigkeitstank auf dem Fahrwerk (10) angeordnet ist und einen mit einer Flüssigkeitsquelle verbindbaren Einlaßanschluß und mindestens einen mit einer Spülflüssigkeitssenke lösbar verbindbaren Auslaßanschluß hat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Horizontalbohranlage, umfassend ein Fahrwerk, auf dem eine Bohrrampe zur Führung des Bohrgestänges, ein Gestängemagazin zur Aufnahme einzelner Bohrstangen, ein Antriebsaggregat für das Fahrwerk und das Bohrgestänge und ein Bedienungsstand angeordnet sind, und eine Mischeinrichtung zum Aufbereiten von Spülflüssigkeit mit einem eine Mischpumpe aufweisenden Mischaggregat.

Horizontalbohranlagen der vorstehend genannten Art werden vor allem für .das Verlegen von Leitungen eingesetzt. Dabei wird eine Spülflüssigkeit verwendet, die beispielsweise aus einem Wasser-Bentonit-Gemisch besteht, das in der Mischeinrichtung erzeugt und dann mittels einer Hochdruckpumpe in das Bohrloch gepumpt wird.

Bei den heutigen steuerbaren Horizontalbohranlagen der vorstehend genannten Art unterscheidet man im wesentlichen zwei Ausführungsformen. Bei der ersten Ausführungsform ist die Mischeinrichtung getrennt von dem Fahrwerk und beispielsweise auf einem Lastwagen angeordnet. Sie umfaßt einen Spülflüssigkeitstank, dessen Inhalt zwischen 1.000 bis 6.000 l betragen kann. Nachteilig an dieser Lösung ist, daß die Mischeinrichtung mit einem eigenen Antriebsmotor versehen werden muß. Üblicherweise sind dies Benzin- oder Dieselmotoren mit 20 bis 30 PS. Außerdem muß die Mischeinrichtung vor Bohrbeginn durch einen ausreichend großen Flüssigkeitsschlauch mit der Bohranlage verbunden werden, was bei jeder Bohrung zusätzliche Installationszeit benötigt.

Bei einer zweiten Ausführungsform ist die komplette Mischeinrichtung einschließlich des Spülflüssigkeitstankes auf dem Fahrwerk angeordnet. Diese Lösung hat den Vorteil, daß nahezu keine Installationszeit für die Inbetriebnahme benötigt wird. Allerdings ist der Inhalt des Spülflüssigkeitstanks aus Platz- und Gewichtsgründen zwangsläufig begrenzt. Dies kann insbesondere dann Probleme bereiten, wenn längere Bohrungen vorgenommen werden müssen und die Bohrstelle in größerer Entfernung zu einem Hydranten liegt oder aus anderen Gründen ein ausreichender Nachschub an Spülflüssigkeit schwierig ist. Wegen des für den Spülflüssigkeitstank benötigten Raumes können außerdem nur kürzere Bohrstangen verwendet werden. Dadurch wird mehr Zeit für den Bohrstangenwechsel benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Horizontalbohranlage der eingangs genannten Art anzugeben, die einerseits bei der Inbetriebnahme geringe Rüstzeiten erfordert, andererseits die Möglichkeit bietet, eine ausreichende Menge an Spülflüssigkeit bereitstellen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Mischaggregat auf dem Fahrwerk angeordnet ist und einen mit einer Flüssigkeitsquelle lösbar verbindbaren Einlaßanschluß und mindestens einen mit einer Flüssigkeitssenke lösbar verbindbaren Auslaßanschluß hat.

Während bei den bisherigen Lösungen das Mischaggregat und der Spülflüssigkeitstank stets zu einer Einheit fest miteinander verbunden waren unabhängig davon, ob die Mischeinrichtung auf dem Fahrwerk oder abseits des Fahrwerkes angeordnet war, ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung das Mischaggregat eine von dem Spülflüssigkeitstank getrennte eigene Einheit. Diese Trennung des Mischaggregates von dem Spülflüssigkeitstank bietet eine Fülle von Möglichkeiten und eine hohe Flexibilität bei der Bereitstellung der jeweils erforderlichen Menge von Spülflüssigkeit, und zwar sowohl für den Fall, daß das Mischaggregat auf dem Fahrwerk montiert ist, als auch für den Fall, daß das Mischaggregat separat steht, auch wenn im folgenden im wesentlichen nur der erste Fall behandelt wird.

Zunächst bietet die Anordnung des Mischaggregates auf dem Fahrwerk die Möglichkeit, die Mischpumpe mit dem Antriebsaggregat zu koppeln. Ein eigener Motor für die Mischpumpe kann damit entfallen.

Dadurch, daß das Mischaggregat nicht zwangsweise mit dem Spülflüssigkeitstank verbunden ist, besteht ferner die Möglichkeit, den Einlaßanschluß des Mischaggregates mit einer externen Wasserquelle, beispielsweise einem Hydranten direkt zu verbinden. Der Einlaßanschluß kann aber auch wie bisher mit einem Spülflüssigkeitstank verbindbar sein, wobei die lösbare Verbindung die Möglichkeit gibt, einen Ersatztank anzuschließen, wenn der ersten Tank leer ist oder auf einen Ersatztank umzuschalten, wobei der erste Tank dann in Zwischenzeit wieder mit Wasser gefüllt werden kann.

Ebenso kann der Auslaßanschluß direkt mit einer Hochdruckpumpe zum Fördern der Spülflüssigkeit zum Bohrloch (Durchlaufmischer ohne Spülflüssigkeitstank) oder mit einem Spülflüssigkeitstank verbindbar sein. In beiden Fällen kann das Zumischen des gewünschten Stoffes, beispielsweise Bentonit zu Wasser mit Hilfe eines Injektors erfolgen, der stromabwärts der Druckseite der Mischpumpe angeordnet ist, wobei der Sauganschluß des Injektors mit einer Quelle für den mit dem Wasser zu vermischenden Stoff verbindbar ist.

Bei einer anderen Ausführungsform hat das Mischaggregat einen ersten Auslaßanschluß, der mit einem Spülflüssigkeitstank verbindbar ist, und einen zweiten Auslaßanschluß, der mit einer Hochdruckpumpe zum Fördern der Spülflüssigkeit zum Bohrloch verbunden ist, wobei die Druckseite der Mischpumpe wahlweise mit einem der Auslaßanschlüsse verbindbar ist. Das Mischen kann wieder wie vorstehend bereits besprochen, mit Hilfe eines Injektors erfolgen, der zwischen der Druckseite der Mischpumpe und dem ersten Auslaßanschluß oder zwischen diesem und dem Spülflüssigkeitstank angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Injektor direkt an dem Spülflüssigkeitstank angeordnet. Wenn dieser z. B. auf einem Fahrzeug steht, das auch das dem Wasser beizumischende Material, z. B. Bentonit transportiert, braucht dieses nicht zum Bohrwagen transportiert zu werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Wasser und den Zusatzstoff direkt in den Spülflüssigkeitstank zu geben und beide Substanzen mit Hilfe der Mischpumpe umzuwälzen, bis die gewünschte Mischung erreicht ist, wonach die Mischpumpe das Gemisch unter mäßigem Druck über den zweiten Auslaßanschluß der Hochdruckpumpe zuführt.

Zweckmäßigerweise ist der Hochdruckpumpe ein Spülflüssigkeitsfilter vorgeschaltet, um grobe Teilchen aus dem Gemisch zurückzuhalten und daran zu hindern, in die Hochdruckpumpe zu gelangen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise schematische perspektivische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Horizontalbohranlage,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Misch- und Pumpaggregates für die Spülflüssigkeit,

Fig. 3 bis 6 jeweils ein schematisches Blockschaltbild, welche die Möglichkeiten einer Kombination des Mischaggregates mit einer oder mehreren Flüssigkeitsquellen zeigt, und

Fig. 7 eine Darstellung einer dem Schema gemäß Fig. 5 entsprechenden praktischen Ausführungsform.

Die in Fig. 1 dargestellte Horizontalbohranlage umfaßt ein Fahrgestell 10, beispielsweise ein Raupenfahrwerk mit einer Fahrzeugplattform 12, auf der sich eine Fahrerkabine 14 mit einem Bedienerpult 16 befindet. An der Plattform 12 ist ferner eine Bohrrampe 18 montiert, die zur Führung des Bohrgestänges in Richtung der Achse 20 dient und in an sich bekannter Weise einen nicht dargestellten Gestängewechsler enthält, um einzelne Bohrstangen aus einem Gestängemagazin 22 zu entnehmen bzw. in dieses zurückzulegen. Hinter der Fahrerkabine 14 befindet sich das Antriebsaggregat 24 der Bohranlage, das die Komponenten des hydraulischen Antriebes der Bohranlage einschließlich eines der Hydraulikpumpe antreibenden Dieselmotors enthält. Zwischen dem Antriebsaggregat 24 und der Fahrerkabine befindet sich ein Hydrauliktank 26 sowie ein Kraftstofftank 28 für den Dieselmotor. Am vorderen bodennahen Ende der Bohrrampe 18 ist eine Bodenplatte 30 befestigt, über die sich die gesamte Bohranlage beim Betrieb auf dem Boden abstützt. Die vorstehend beschriebenen Komponenten sind an sich bekannt und brauchen daher nicht mehr erläutert zu werden.

Auf der Plattform 12 hinter dem Antriebsaggregat 24 befindet sich ein allgemein mit 32 bezeichnetes Mischaggregat, das im folgenden nun näher erläutert werden soll.

Das Mischaggregat 32 umfaßt ein Gehäuse oder einen Rahmen 34, in dem eine Mischpumpe 36 und eine Hochdruckpumpe 38 angeordnet sind. Die Saugseite der Mischpumpe 36 ist mit einem Einlaßstutzen 40 verbunden, der einen durch ein Ventil 42 absperrbaren Einlaßanschluß 44 hat. Die Druckseite der Mischpumpe 36 ist einerseits mit einem ersten Auslaßstutzen 46 verbunden, an den über ein Absperrventil 48 ein Injektor 50 angeschlossen ist, der seinerseits in einen ersten Auslaßanschluß 52 mündet und einen über ein Ventil 54 absperrbaren Sauganschluß 56 hat.

Andererseits ist die Druckseite der Mischpumpe über eine Leitung 58, ein Absperrventil 60 und ein Filter 62 mit dem Einlaß 64 der Hochdruckpumpe 38 verbunden, deren Auslaß 65 in nicht dargestellter Weise mit dem hohlen Bohrgestänge verbindbar ist, um die Spülflüssigkeit unter einem Druck von ca. 50 bis 150 bar durch das Bohrgestänge in das Bohrloch zu drücken.

Die verschiedenen Möglichkeiten der Verbindung des Mischaggregates 32 mit einer oder mehreren Spülflüssigkeitsquellen und die Arbeitsweise der jeweiligen Variante werden nun anhand der Fig. 3 bis 6 beschrieben.

Fig. 3 zeigt zunächst eine Mischeinrichtung, die als "Durchlaufmischer" ausgelegt ist. Die Mischpumpe 36 ist über den Eingangsanschluß 44 und eine Leitung 66 an einen Wassertank 68 angeschlossen. Dem Wassertank 68 kann ein Reservetank 68' zugeordnet sein, so daß die Mischpumpe 36 wahlweise mit einem der beiden Tanks 68, 68' verbindbar ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Mischpumpe 36 über die gestrichelt eingezeichnete Leitung 70 direkt mit einem Hydranten 72 zu verbinden, so fern ein solcher erreichbar ist.

Ausgangsseitig steht die Mischpumpe 36 im Gegensatz zu der Darstellung in Fig. 2 über den Injektor 50 direkt mit der Hochdruckpumpe 38 in Verbindung. Strömt das von der Mischpumpe 36 geförderte Wasser durch den Injektor 50, so wird dabei über den Sauganschluß 56 der zuzumischende Stoff, beispielsweise Bentonit angesaugt und in dem Injektor 50 mit dem Wasser vermischt. Das Gemisch wird unter einem geringen Überdruck von beispielsweise 0,5 bar über den Auslaßanschluß 52 und den Filter 62 zum Einlaß 64 der Hochdruckpumpe 38 gefördert, die das Gemisch dann über ihren Auslaß 65 zum Bohrgestänge fördert.

Sofern die Bentonitzufuhr ausreichend präzise dosiert werden kann, kann bei dieser Lösung die Zeit für das Aufbereiten/Mischen einer Charge der Spülflüssigkeit entfallen, beim Anschluß an den Hydranten 72 können Tanks überhaupt entfallen. Andernfalls werden lediglich die Wassertanks 68, 68' benötigt.

Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der der Auslaßanschluß 52 auf der Ausgangsseite des Injektors 50 mit einem Einlaß eines Spülflüssigkeitstanks 74 verbunden ist, der einen weiteren Einlaß 76 für die Zufuhr von Wasser hat. Der Auslaß des Spülflüssigkeitstankes 74 ist mit dem Einlaßanschluß 44 der Mischpumpe 36 verbunden. Die Druckseite der Mischpumpe 36 ist, wie anhand der Fig. 2 beschrieben, durch die Ventile 48 und 60 einerseits über die Leitung 46 mit dem Injektor 50 und andererseits mit dem Auslaßanschluß 58 verbindbar.

Ist das Ventil 48 geöffnet, und das Ventil 60 geschlossen, so wird zur Aufbereitung eines Spülflüssigkeitsgemisches zunächst das in den Spülflüssigkeitstank 74 eingefüllte Wasser in Richtung des Pfeiles 78 umgepumpt, wobei in dem Injektor 50 Bentonit zugemischt wird. Dieser Vorgang kann 5 bis 10 Minuten je 1.000 l Spülflüssigkeit dauern. Nach der Aufbereitung der Spülflüssigkeit werden die Ventile 48 und 60 umgeschaltet und die Spülflüssigkeit wird mit der Mischpumpe 36 unter leichtem Druck von ca. 0,5 bar der Hochdruckpumpe 38 zugeführt. Über einen ausreichend großen Spülflüssigkeitstank 74 oder mehrere derartige Tanks kann dafür gesorgt werden, daß stets eine ausreichende Menge von Spülflüssigkeit praktisch unterbrechungsfrei zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere deswegen wichtig, weil ein Großteil der Spülflüssigkeit während des Einzugs eines zu verlegenden Rohres in das Bohrloch benötigt wird. Da die Spülflüssigkeit bei einer Unterbrechung des Vorganges rasch erstarrt, sollte der Rohreinzug möglichst ohne Unterbrechung erfolgen, dies setzt aber eben einen ausreichenden Vorrat an Spülflüssigkeit voraus.

Eine bevorzugte Variante der in Fig. 4 dargestellten Lösung zeigt Fig. 5. Dabei ist der Injektor 50 in der Nähe des Spülflüssigkeitstanks 74 oder unmittelbar an diesem angeordnet, so daß das beizumischende Material nicht zur Bohranlage transportiert zu werden braucht.

Fig. 6 schließlich zeigt eine Variante, die sich von den Ausführungen gemäß den Fig. 3 bis 5 dadurch unterscheidet, daß kein Injektor 50 vorhanden ist. In diesem Fall werden in den Spülflüssigkeitstank 74 Wasser und der zuzusetzende Stoff, beispielsweise Bentonit eingeführt. Die Mischpumpe 36 wälzt das Gemisch in der oben beschriebenen Weise solange um, bis eine homogene Mischung entsteht, die dann wieder der Hochdruckpumpe 38 zugeführt werden kann. In Fig. 6 ist dabei noch ein Reservetank 74' angedeutet, der über nicht dargestellte Ventile wahlweise mit der Mischpumpe 36 verbunden werden kann, wenn der Tank 74 geleert ist.

Die in Fig. 5 nur schematisch dargestellte Lösung ist in Fig. 7 anschaulicher wiedergegeben. Dabei bezeichnet 74 den Spülflüssigkeitstank, 36 die Mischpumpe, 48 einen Kugelhahn in der Zuleitung 80 zum Injektor 50 und 82 einen Kugelhahn in der Rückleitung 84 vom Spülflüssigkeitstank 74 zur Mischpumpe 36. Ein Filter 62 dient dazu, etwaige Schmutzpartikel, die beim Füllen des Tankes in diesen gelangen, vom Spülsystem des Bohrwagens fernzuhalten. Durch den Trichter 86 (oder einen Schlauch) wird das beizumischende Material (Bentonit) zugeführt.

Man erkennt, daß die erfindungsgemäße Lösung eine Fülle von Möglichkeiten eröffnet, das Mischaggregat je nach Bedarf mit einer Flüssigkeitsquelle oder einem Spülflüssigkeitstank zu verbinden, der die Versorgung der Bohranlage mit einer ausreichenden Menge an Spülflüssigkeit ohne größere zeitliche Unterbrechungen gewährleistet.

Claims (11)

1. Horizontalbohranlage, umfassend ein Fahrwerk (10), auf dem eine Bohrrampe (18) zur Führung des Bohrgestänges, ein Gestängemagazin (22) zur Aufnahme einzelner Bohrstangen, ein Antriebsaggregat (24) für das Fahrwerk (10) und das Bohrgestänge und ein Bedienungsstand (14, 16) angeordnet sind, und eine Mischeinrichtung zum Aufbereiten von Spülflüssigkeit mit einem eine Mischpumpe (36) aufweisenden Mischaggregat (32), dadurch gekennzeichnet, daß das Mischaggregat (32) auf dem Fahrwerk (10) angeordnet ist und einen mit einer Flüssigkeitsquelle (68, 72, 74) verbindbaren Einlaßanschluß (44) und mindestens einen mit einer Spülflüssigkeitssenke lösbar verbindbaren Auslaßanschluß (52) hat.

2. Horizontalbohranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischpumpe (36) mit dem Antriebsaggregat (24) koppelbar ist.

3. Horizontalbohranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsquelle eine externe Wasserquelle (68, 72) ist.

4. Horizontalbohranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsquelle ein Spülflüssigkeitstank (74) ist.

5. Horizontalbohranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Auslaßanschluß (52) mit einer Hochdruckpumpe (38) zum Fördern der Spülflüssigkeit zum Bohrloch verbindbar ist.

6. Horizontalbohranlage nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein erster Auslaßanschluß (52) des Mischaggregates (32) mit einem Spülflüssigkeitstank (74) und ein zweiter Auslaßanschluß (58) des Mischaggregates (32) mit einer Hochdruckpumpe (38) zum Fördern der Spülflüssigkeit zum Bohrloch verbunden ist, und daß die Druckseite der Mischpumpe (36) wahlweise mit einem der Auslaßanschlüsse (52, 58) verbindbar ist.

7. Horizontalbohranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß stromabwärts der Druckseite der Mischpumpe (36) ein Injektor (50) angeordnet ist, dessen Sauganschluß (56) mit einer Quelle für einen mit Wasser zu vermischenden Stoff verbindbar ist.

8. Horizontalbohranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor (50) zwischen der Druckseite der Mischpumpe (36) und dem Auslaßanschluß (52) angeordnet ist.

9. Horizontalbohranlage nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Injektor (50) zwischen dem ersten Auslaßanschluß (52) des Mischaggregates (32) und dem Spülflüssigkeitstank (74) angeordnet ist.

10. Horizontalbohranlage nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Injektor (50) an dem Spülflüssigkeitstank (74) angeordnet ist.

11. Horizontalbohranlage nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckpumpe (38) ein Spülflüssigkeitsfilter (62) vorgeschaltet ist.