-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines verlaufsgesteuerten
Horizontalfilterbrunnens mit verkiestem Ringraum. Verlaufsgesteuerte
Horizontalfilterbrunnen können
zur Gebirgsentwässerung
im Tagebau, insbesondere im Braunkohlentagebau und zur Lösung spezieller
geotechnischer Probleme, z. B. Restwasserstände in Grundwasserleitern,
eingesetzt werden.
-
Bei
Bohrungen nach dem HDD-Verfahren zur Herstellung von Horizontalfilterbrunnen
im Direktbohren wird eine Pilotbohrung bis zum Bohraustritt erstellt.
An das ausgetretene Ende des Bohrgestänges wird ein Räumkopf montiert,
der zum Weiten des Bohrloches auf den endgültigen Bohrdurchmesser genutzt
wird. An diesen Räumkopf
sind über
einen Drehwirbel entweder direkt Medienrohre (Kabel, Rohrleitungen,
Filterrohre) oder eine Schutzrohrtour montiert, in der inne liegend
die Medienrohre platziert sind. Die Medienrohre bzw. die Schutzrohrtour
werden beim Aufweiten des Bohrloches vom Austrittspunkt bis zum
Startpunkt der Bohrung mit eingezogen. Nach vollständigem Einzug
des im Schutzrohr liegenden Medienrohres wird ersteres aus der Bohrung
wieder gezogen. Das Medienrohr (z. B. Filterrohr) verbleibt im Bohrloch.
[1], [2]
-
Bei
herkömmlich
hergestellten Bohrungen nach dem HDD-Verfahren wird im Direktspülverfahren
gearbeitet. Dabei muss das Bohrklein über den Ringraum der Bohrung
ausgetragen werden. Bei größeren Teufen
der Horizontalbohrungen und längerem Bohrverlauf
mit sehr geringer Neigung ist das Ausbringen des Bohrkleines sowohl
bei der Pilotbohrung als auch beim Aufweiten oft nicht sichergestellt,
da die nötigen
Spülungsgeschwindigkeiten
wegen großer
Mantelreibung und partiell fehlender direkter Aufstiegsmöglichkeit
der Spülung
nicht erreicht werden können.
Das führt
in der Folge zu einer Umlagerung des Bohrkleines und einem Absetzen
desselben im späteren
Ringraum des Horizontalfilterbrunnens. Der Ringraum ist dann oft
durchlässigkeitsgemindert
und für
den Brunnenbetrieb schlecht geeignet. [3]
-
Die
Patentschrift
DE 41
27 311 A1 hat ein Verfahren zum Verkiesen des Ringraumes
von aus einem Schacht mittels Rohrpresseinrichtung eingebrachten
horizontalen Filtersträngen
vorgeschlagen, bei dem in geschlossenen Bohrlöchern (blinde Bohrlöcher) über eine
separate mit dem Rohrstrang zurückziehbare
Spülleitung
während
des Bohrvorganges Bohrspülung
und während
der Verkiesung ein Kiesgemisch in das Bohrloch eingespült wird.
Während
des Bohrvorganges wird mittels Spülungsdruck das Bohrklein gelöst und über eine
weitere Rücklaufrohrleitung
Richtung Bohransatzpunkt abgeführt.
-
Zum
Ausbau der Bohrung wird in das horizontale Bohrloch über die
Rücklaufrohrleitung
ein Filterrohr eingeschoben. Mit dem Zurückziehen der Rohrtour verbleibt
der Filterstrang in dem blinden Bohrloch und der Ringraum wird über die
separate Spülleitung
verkiest. Die Nachteile dieses Verfahrens liegen in der verfahrens-
und vorrichtungsimmanenten Eigenschaft, dass der Bohrkleinaustrag
und die Verkiesung nur bei blinden Bohrlöchern funktioniert. Des weiteren
werden für
Bohrkleinaustrag und Verkiesung zwei separate Rohrleitungen benötigt.
-
Die
Offenlegungsschrift
DE
10 2006 003 769 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Räumen
und Austrag von Bohrgut aus einer Horizontalbohrung, bei der über einen
in den Spülstrom eingegebenen
Gasstrom das Bohrklein in einer Rohrtour aus dem Bohrloch geführt wird.
Dazu ist ein spezieller Räumkopf
mit Räumvorrichtung
beschrieben, über
den das Bohrklein aufgenommen und über eine an den Räumkopf angeschlossene
Rohrtour aus dem Bohrloch ausgetragen wird.
-
Nachteilig
wirkt sich bei dem in
DE
10 2006 003 769 A1 beschriebenen Verfahren und der eben da
beschriebenen Vorrichtung aus, dass über die Räumvorrichtung die Bohrspülung auch
aus dem Bohrloch abgezogen wird, wodurch insbesondere der um das
den Räumkopf
ziehende Gestänge
vorhandene Ringraum von der Bohrspülung befreit wird, was Bohrlochinstabilitäten bewirken
kann. Zudem bietet die Lösung
keine Möglichkeit,
parallel zum letzten Räum-/Aufweitvorgang
in einem Arbeitsschritt eine Verkiesung des Ringraumes vorzunehmen.
-
Das
DE 431 32 21 A1 betrifft
ein Verfahren zum Verlegen von unterirdischen Sammelleitungen, insbesondere
zum Bau von Horizontalfilterbrunnen, mit den Verfahrensschritten
a) Einbringen einer Bohrung in vorbestimmte Bodenschichten mit jeweils
einer Eintrittsöffnung
und einer Austrittsöffnung,
b) Einziehen einer Filterstrangeinzieheinheit, bestehend aus Filterstrang
und äußerem Hüllrohr in
die jeweilige Bohrung und c) Entfernen des äußeren Hüllrohres der Filterstrang-Einzieheinheit.
Die Filterstrangeinzieheinheit umfasst ein äußeres Hüllrohr, ein darin liegendes
Filterrohr und eine den Zwischenraum zwischen innerem Filterrohr
und äußerem Hüllrohr füllende Filtersand- und/oder Filterkiesfüllung. Nachteilig
bei diesem Verfahren ist, dass durch die Filtersand- und/oder Filterkiesfüllung und
damit einhergehende Mantelreibung beim Ziehen das Entfernen des äußeren Hüllrohres
der Filterstrangeinzieheinheit bei längeren und insbesondere bei
gekrümmten
Bohrungen unmöglich
wird. Deswegen wird in der
DE
101 53 061 A1 vorgeschlagen, ein Loch- oder Gitterrohr
als Schutzrohr bzw. Hüllrohr
zu verwenden, das in der Bohrung verbleiben kann.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Herstellen
eines verlaufsgesteuerten Horizontalfilterbrunnens mit wesentlich verbessertem
Bohrkleinaustrag beim Aufweitvorgang zu entwickeln, die zusätzlich eine
Ringraumverkiesung des Filterstranges vor Ort gestattet.
-
Die
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Es kommt
eine Vorrichtung zum Einsatz, wobei an einem Bohrgestänge ein
speziell ausgestalteter Aufweitkopf montiert ist. Der Aufweitkopf
besteht aus einem Vorschneidkopf bekannter Bauart und einem Nachschneidkopf.
Der Nachschneidkopf ist mit der Schutzrohrtour über einen Drehkranz verbunden.
Die im Nachschneidkopf integrierte Bohrkleinabführung ist über einen Drehkranz mit dem
Bohrkleinaustrags- und Verkiesungsrohr verbunden. Bei der Bohrlochaufweitung
werden die Schutzrohrtour mit inne liegendem Filterstrang und das
in der Schutzrohrtour mitgeführte
Bohrkleinaustrags- und Verkiesungsrohr mit dem Nachschneidkopf gleichzeitig
in die aufgeweitete Bohrung eingezogen. Der Vorschneidkopf hat nur
einen geringfügig
größeren Durchmesser
als das Pilotbohrloch oder das in einem vorangegangenen Aufweitgang
hergestellte Bohrloch und dient der Abdichtung des Bohrloches in
Richtung Bohransatzpunkt vor Spülungsverlusten.
Der Nachschneidkopf ist der eigentliche Aufweitkopf und bringt das
Bohrloch auf den erforderlichen Enddurchmesser. In diesem sind rohrartige
Durchlässe,
die Bohrkleinabführung
integriert, die das Bohrklein-Spülungsgemisch
aufnehmen und dem Schutzrohrstrang übergeben. Während des Aufweitvorganges
bleibt die Bohrspülungssäule im Ringraum
zwischen Aufweitkopf und Ansatzpunkt bestehen. Dem Räumraum zwischen
Vorschneidkopf und Nachschneidkopf wird Bohrspülung im Direktverfahren zugeführt. Die
beim Schneiden entstehende Bohrklein-Spülungssupension wird dann gesammelt
und über
die Bohrkleinabführung abgeleitet.
Dem rückwärtigen Ringraum
zwischen Schutzrohrtour und Bohrlochwand kann dabei ebenfalls Spülung zugeführt werden.
Nach Abschluss des Räumvorganges
wird das Schutzrohr gezogen. Dabei kann das inne liegende Filterrohr
am Bohransatzpunkt als auch am Bohraustrittspunkt fixiert werden, je
nachdem, in welche Richtung das Schutzrohr gezogen werden soll. Über das
mit dem Schutzrohr mit auszuziehende Bohrkleinaustrags- und Verkiesungs rohr
wird von der Zugeinheit zum Ziehen des Schutzrohres aus zur Verkiesung
der entsprechenden Rohrabschnitte eine Kiessuspension eingespült. Dazu
befindet sich das Ende des Bohrkleinaustrags- und Verkiesungsrohres
in gleicher Höhe
mit dem Ende des Schutzrohres. Nach vollständigem Ziehen des Schutzrohres
mit inne liegendem Bohrkleinaustrags- und Verkiesungsrohr liegt
ein auf Teillängen
oder der gesamten Bohrlänge
verkiester Horizontalfilterbrunnen verlaufsgesteuerter Bauart vor.
-
Der
Horizontalfilterstrang besteht bevorzugt aus PEHD, PVC oder Edelstahl
und ist als Wickeldraht oder als geschlitzter Filter ausgeführt. Das Bohrkleinaustrags-
und Verkiesungsrohr liegt frei in der Schutzrohrtour. Es ist jedoch
auch möglich,
das Bohrkleinaustrags- und Verkiesungsrohr durch entsprechende Vorrichtungen,
z. B. Abstandshalter, in der Schutzrohrtour zu lagern.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
zur Wirkungsweise und zum Aufbau der Vorrichtung ist in den Zeichnungen
dargestellt, die nachfolgend erläutert
werden. Hierin zeigt:
-
1 eine
herkömmliche
verlaufsgesteuerte Bohrung als Filterbrunnen ausgebaut, bei der
der Austrittspunkt tiefer liegt als der Bohransatzpunkt;
-
2 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
als Prinzip beim Aufweiten des Bohrlochs und Einziehen des Schutzrohrstranges;
-
3 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
beim Bohrkleinaustrag während
des Aufweitens;
-
4 zeigt
die Technologie des Verkiesens.
-
In 1 ist
ein verlaufsgesteuerter Horizontalfilterbrunnen dargestellt, in
dem die folgenden Einzelheiten zu erkennen sind. Von der Geländeoberkante 1,
vom Bohransatzpunkt 5 aus, wird ein Bohrloch 3 auf
eine Böschung
oder ein Böschungssystem 2 zu
gebohrt. Das Bohrloch 3 verläuft in den tiefsten Bereichen über einer
wasserundurchlässigen Schicht 8 über der
das Grundwasser mit der Grundwasseroberfläche 7 ansteht und
tritt am Bohraustrittspunkt 6 aus dem Böschungssystem 2 aus.
In dem Bohrloch 3 ist ein Horizontalfilterstrang 4 installiert.
-
In 2 ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
unter dem Böschungssystem 2 und
der Grundwasseroberfläche 7 erkennbar.
Die Bohrung, zum dargestellten Zeitpunkt bestehend aus Pilotbohrung 9 und
aufgeweitetem Bohrkanal 10, verläuft örtlich nah der undurchlässigen Schicht 8.
Der erfindungsgemäße Räumkopf,
bestehend aus Vor schneidkopf 12 und Nachschneidkopf 13,
ist an das Bohrgestänge 11 montiert.
Während
des Aufweitvorganges mit gleichzeitigem Einziehen der Schutzrohrtour 14 ausgehend
vom Bohraustrittspunkt 6 verhindert der Vorschneidkopf 12 einen
Spülungsverlust
aus dem Pilotbohrloch 9 über den Nachschneidkopf 13.
Das Pilotbohrloch 9 kann über den Vorschneidkopf oder
indirekt über
den Ringraum des Pilotbohrloches 9 mit Bohrspülung versorgt
werden. Der Räumraum 20 ist der
eigentliche Ort der Bohrlochaufweitung. Das hier geschnittene Bohrklein
wird zusammen mit der dem Räumraum 20 zur
Verfügung
stehenden Bohrspülung über die
Bohrkleinabführung 16 und
dem in der Schutzrohrtour 14 mitgeführten Bohrkleinaustrags- und
Verkiesungsrohr 17 abgeführt. In der Schutzrohrtour 14 ist
außerdem
der Horizontalfilterstrang 4 mitgeführt.
-
In 3 ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
dargestellt. Der Vorschneidkopf 12 dient insbesondere dem
Schutz des Pilotbohrloches 9 vor Spülungsverlusten, wenn mit dem
durch den Nachschneidkopf 13 gelösten Bohrklein Bohrspülung dem Pilotbohrloch 9 entzogen
wird. Die Bohrklein-Bohrspülungssuspension
wird über
die Bohrkleinabführung 16 dem
Bohrkleinaustrags- und Verkiesungsrohr 17 zugeführt. Dem
Bohrloch wird Bohrspülung über das
Bohrgestänge 11 und
die Bohrspülungsverteilung 15 im
Vorschneidkopf 12 und im Nachschneidkopf 13 zugeführt. Dabei
kann die Spülung über die
Spülungsverteilung 15 auf
das Pilotbohrloch 9 zur Stützung der Bohrlochwände, den
Räumraum 20 und
den aufgeweiteten Bohrkanal 10 zur Stützung desselben verteilt werden.
Das Bohrkleinaustrags- und Verkiesungsrohr 17 und der Horizontalfilterstrang 4 liegen
in der Schutzrohrtour 14. Die Schutzrohrtour 14 ist
mit dem Nachschneidkopf 13 über einen Drehkranz 18 verbunden.
Ebenso ist das Bohrkleinaustrags- und Verkiesungsrohr 17 mit
der Bohrkleinabführung 16 über einen
Drehkranz 19 verbunden.
-
In 4 ist
die Nutzung des Bohrkleinaustrags- und Verkiesungsrohres 17 zur
Verkiesung des Horizontalfilterstranges 4 im aufgeweiteten
Bohrkanal 10 dargestellt. Nachdem das Einziehen der Schutzrohrtour 14 mit
den inneliegenden Rohrtouren des Horizontalfilterstranges 4 und
des Bohrkleinaustrags- und Verkiesungsrohres 17 beendet
wurde, wird das Schutzrohr 14 mitsamt dem Bohrkleinaustrags-
und Verkiesungsrohr 17 wieder gezogen. Dabei wird der Horizontalfilterstrang
im Bohrloch fixiert. Von der Zugeinheit aus wird über das
Bohrklein- und Verkiesungsrohr 17 eine Feinkiessuspension
in das Bohrloch eingespült
und so um den Horizontalfilterstrang 4 Kies eingebracht.
Es entsteht ein verkiester aufgeweiteter Bohrkanal 21.
-
Quellen:
-
- [1] K. Kleiser and H.-J. Bayer, Der grabenlose Leitungsbau,
ISBN 3-8027-5704-1 Vulkan-Verl.,
Essen, 1996, S. 23 ff
- [2] E.-G. Fengler, Grundlagen der Horizontalbohrtechnik, Joachim
Lenz (Schriftenreihe aus dem Institut für Rohrleitungsbau an der Fachhochschule
Oldenburg; Bd. 13), Vulkan-Verlag,
Essen, 1998, S. 4 ff
- [3] M. Struzina, Erfahrungen beim Einsatz eines verlaufsgesteuerten
Horizontalfilterbrunnen (VHB) zur Beherrschung von Restwasserständen im
Tagebau Vereinigtes Schleenhain der MIBRAG mbH, in: Entwässerungstechnik
im Bergbau und Bauwesen, Freiberger Forschungshefte C 504, TU Bergakademie Freiberg,
Freiberg, 2004, S. 38–48
-
- 1
- Geländeoberkante
- 2
- Böschungssystem
- 3
- Bohrloch
- 4
- Horizontalfilterstrang
- 5
- Bohransatzpunkt
- 6
- Bohraustrittspunkt
- 7
- Grundwasseroberfläche
- 8
- undurchlässige Schicht
- 9
- Pilotbohrloch
- 10
- aufgeweiteter
Bohrkanal
- 11
- Bohrgestänge
- 12
- Vorschneidkopf
- 13
- Nachschneidkopf
- 14
- Schutzrohrtour
- 15
- Spülungsverteilung
- 16
- Bohrkleinabführung
- 17
- Bohrkleinaustrags-
und Verkiesungsrohr
- 18
- Drehkranz
zwischen Nachschneidkopf und Schutzrohrour
- 19
- Drehkranz
zwischen Bohrkleinabführung
und Bohrkleinaustrags- und Verkiesungsrohr
- 20
- Räumraum
- 21
- verkiester
aufgeweiteter Bohrkanal