DE102020001460A1

DE102020001460A1 - Verfahren zur Detektion von ungewollten Flüssigkeitsausbrüchen an einer Geländeoberfläche bei einer, insbesondere oberflächennahen, Horizontalbohrung

Info

Publication number: DE102020001460A1
Application number: DE102020001460.7A
Authority: DE
Inventors: Andre Mathieu
Original assignee: Matthaei Wasserbau & Co KG GmbH; Matthai Wasserbau & Co KG GmbH
Current assignee: Matthaei Wasserbau & Co KG GmbH; Matthai Wasserbau & Co KG GmbH
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Verfahren zur Detektion von ungewollten Flüssigkeitsausbrüchen, insbesondere Bohrspülungsausbrüchen, an einer Geländeoberfläche bei einer, insbesondere oberflächennahen, Horizontalbohrung, insbesondere Horizontalspülbohrung, umfassend: Bewegen eines unbemannten Flugobjekts, das mindestens eine Wärmebildkamera aufweist, über einen Untersuchungsbereich einer Geländeoberfläche unter der ein Bohrkanal verläuft oder gerade gebohrt wird, kontinuierliches oder diskontinuierliches Aufnehmen von Wärmebildern von der Geländeoberfläche mit der Wärmebildkamera des Flugobjekts von oben, Zuordnen von Positionsdaten der Wärmebildkamera und/oder des Aufnahmeorts auf der Geländeoberfläche zu den aufgenommenen Wärmebildern, Überprüfen der Wärmebilder auf charakteristische Bereiche und wenn das Überprüfen der Wärmebilder einen charakteristischen Bereich ergeben hat, Identifizieren desselben als einen möglichen Bohrspülungsausbruch und Ausgeben einer entsprechenden Information und/oder eines entsprechenden Signals, wie z.B. Alarmsignal.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von ungewollten Flüssigkeitsausbrüchen, insbesondere Bohrspülungsausbrüchen, an einer Geländeoberfläche bei einer, insbesondere oberflächennahen, Horizontalbohrung, insbesondere Horizontalspülbohrung. Die Flüssigkeiten umfassen Flüssigkeiten, die während der oder zur Herstellung einer Horizontalbohrung benötigt oder genutzt werden.
In der Horizontalbohrbranche werden Bohrspülungsausbrüche häufig als Ausbläser bezeichnet, obgleich dieser Begriff im Berg- und Tunnelbau für den unkontrollierten Ausbruch von Druckluft verwendet wird. Die Bohrspülungsausbrüche können theoretisch sowohl während des Spülbohrens als auch erst nach dem Spülbohren auftreten. Das Spülbohren selbst erfolgt üblicherweise kontinuierlich und kann sogar mehrere Tage bis zur Fertigstellung der Bohrung dauern.
Bei der Anwendung von Spülbohrverfahren besteht sowohl unter Verwendung von Flüssigkeiten als auch bei Luft als Spülmedium das Risiko der ungewollten hydraulischen bzw. pneumatischen Rissbildung. Die tritt auf, sobald der in der Bohrung herrschende Spülungsdruck den Widerstand des umgebenden Bodens übersteigt.
Unter den oberflächennahen Bohrungen treten die im Horizontalspülbohrverfahren (Horizontal Directional Drilling, HDD) ausgeführten Vorhaben hinsichtlich der Häufigkeit von Spülungsausbrüchen besonders hervor. Das ist darauf zurückzuführen, dass diese Bohrungen zumeist mehr oder weniger parallel zur Geländeoberfläche verlaufen und eine vergleichsweise geringe Überdeckung aufweisen. Nicht selten breiten sich diese Risse bis zur Geländeoberfläche bzw. Gewässersohle hin aus, so dass Bohrspülung zutage tritt. Die Spülungsausbrüche können Schäden z.B. an Gebäuden, Fahrbahnbefestigungen, Landschaftsflächen, Gewässern oder Flora und Fauna zur Folge haben.
Das Thema Spülungsausbrüche bzw. Bentonit-Ausbläser ist sowohl bohrtechnisch als auch naturschutzfachlich zu betrachten. Generell ist festzustellen, dass es bei jeder Bohrung und meist sowohl bei der Pilot- als auch bei der/den Aufweitungsbohrung(en) sowie beim Verdämmprozess zu Spülungsaustritten auf der Rig- und auf der Pipesite und dazwischen kommen kann. Um einen Spülungsausbruch so früh wie möglich festzustellen und durch entsprechende Gegenmaßnahmen dessen Folgen so gering wie möglich zu halten, wird derzeit Personal zum kontinuierlichen (Tag und Nacht) Ablaufen von Bohrtrassen eingesetzt. Aufgrund der Topographie des Geländes sowie der vorhandenen Vegetation kann ein Erkennen eines Spülungsausbruches sehr schwer oder gar nicht möglich sein. Bei Nacht sind die Chancen einer Erkennung gering oder sogar gar nicht vorhanden. Regen, Nebel etc. erschweren dies zusätzlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur schnellen, vorzugsweise sofortigen, und zuverlässigeren Detektion von ungewollten Flüssigkeitsausbrüchen, insbesondere Bohrspülungsausbrüchen, bei, insbesondere oberflächennahen, Horizontalbohrungen, insbesondere Horizontalspülbohrungen, mit einem geringeren Personalaufwand zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Detektion von ungewollten Flüssigkeitsausbrüchen, insbesondere Bohrspülungsausbrüchen, an einer Geländeoberfläche bei einer, insbesondere oberflächennahen, Horizontalbohrung, insbesondere Horizontalspülbohrung, umfassend:

- Bewegen eines unbemannten Flugobjekts, das mindestens eine Wärmebildkamera aufweist, über einen Untersuchungsbereich einer Geländeoberfläche, unter der ein Bohrkanal verläuft oder gerade gebohrt wird,
- kontinuierliches oder diskontinuierliches Aufnehmen von Wärmebildern von der Geländeoberfläche mit der Wärmebildkamera des Flugobjekts von oben,
- Zuordnen von Positionsdaten der Wärmebildkamera und / oder des Aufnahmeorts auf der Geländeoberfläche zu den aufgenommenen Wärmebildern,
- Überprüfen der Wärmebilder auf charakteristische Bereiche und
- wenn das Überprüfen der Wärmebilder einen charakteristischen Bereich ergeben hat, Identifizieren desselben als einen möglichen Bohrspülungsausbruch und Ausgeben einer entsprechenden Information und / oder eines entsprechenden Signals, wie z.B. Alarmsignal.

Die Bohrungen können durchaus bis zu z.B. 20m oder z.B. 25m unter GOK (Geländeoberkante) ausgeführt werden.
Das Zuordnen von Positionsdaten und/oder des Aufnahmeorts kann in Echtzeit möglich sein. Es kann auch als Dokumentation möglich sein.
Charakteristische Bereiche können sich beispielsweise durch Temperaturunterschiede oder Signaturen (farbliche Darstellung eines Wärmebilds auf einem Monitor) ergeben
Alternativ oder zusätzlich um Ausgeben einer entsprechenden Information und/oder eines entsprechenden Signals kann das Flugobjekt, insbesondere eine Drohne, in der Luft über dem Flüssigkeitsausbruch als zusätzliche Orientierung, insbesondere bei Nacht (beispielsweise mit einem Scheinwerfer LED-Warm weiß) positioniert werden.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass das Flugobjekt ein ferngesteuertes Flugobjekt, insbesondere Drohne, ist. Beispielsweise kann es sich um eine sogenannte Thermografie- Drohne oder Wärmebildkamera- Drohne für Luftaufnahmen handeln.
Vorteilhafterweise wird das Flugobjekt automatisch, insbesondere programmgesteuert, bewegt. Das Flugobjekt kann z.B. autonom nur anhand einer vordefinierten Flugroute fliegen bzw. eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Flugobjekt so programmiert sein, dass es in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen den Untersuchungsbereich bzw. die Untersuchungsbahn abfliegt. Während des Fliegens kann sie die Wärmebilder mittels einer oder mehrerer Wärmebildkamera(s) aufnehmen und in einer besonderen Ausführungsform vorzugsweise in Echtzeit an einen Piloten des Flugobjekts oder einen Steuerstand übermitteln. Alternativ oder zusätzlich können die Wärmebilder bei in der Luft stehendem Flugobjekt aufgenommen werden.
Vorteilhafterweise werden die Wärmebilder während eines Bohrbetriebs vorzugsweise inklusive Verdämmprozess aufgenommen. Letzterer bildet den abschließenden Prozess, ist aber nicht bei jeder Bohrung gefordert. Dies erfolgt vorzugsweise in Echtzeit.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform wird das Flugobjekt synchron zum Vortrieb eines zur Herstellung einer Spülbohrung verwendeten Bohrkopfes bewegt. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn sich das Flugobjekt immer oberhalb der jeweiligen Position des Bohrkopfes oder zumindest in dessen Nähe während des Bohrbetriebs befindet.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Wärmebilder in Echtzeit aufgenommen werden.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Wärmebilder im Infrarotbereich und / oder in nahen Infrarotbereich aufgenommen werden.
Gemäß einer besonderen Ausgangsform werden zusätzlich Bilder im sichtbaren Wellenlängenbereich aufgenommen.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die zusätzlichen Bilder zur Bestimmung der Positionen von charakteristischen Bereichen und / oder zum Identifizieren von möglichen Bohrspülungsausbrüchen ausgewertet oder verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können die Positionen z.B. über GPS-Ortung bestimmt werden.
Schließlich wird die Information vorzugsweise auf einem Bildschirm beispielsweise einer Fernsteuerung ausgegeben. Sie kann auch noch auf weiteren Bildschirmen zur Sichtung durch weiteres Personal ausgegeben werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass u.a. Bohrspülungsmedien, insbesondere -flüssigkeiten, durch den Bohrbetrieb, bei dem Wärme durch Reibung entsteht, aufgewärmt werden und dadurch üblicherweise eine höhere, zumindest abweichende Temperatur als die Umgebung (Gelände/ Geländeoberfläche) aufweisen und somit aufgrund ihrer Temperatur bzw. der Temperaturdifferenz der Medien (Luft und Flüssigkeit) auf Wärmebildern beispielsweise als helle Bereiche erscheinen, da mittels Wärmebildkameras die emittierte Wärmestrahlung sichtbar ist. Dies kann genutzt werden, um Bohrspülungsausbrüche oder Ausbrüche von Flüssigkeiten, die während der oder zur Herstellung einer Horizontalbohrung benötigt oder genutzt werden, sowohl am Tage als auch Nachts schnell, vorzugsweise sofort, und recht zuverlässig zu erkennen. Aufgrund der kurzen Reaktionszeiten kann der negative Einfluss auf die Umwelt sowie Flora und Fauna reduziert werden. Zudem ist dies mit einem geringeren Personaleinsatz möglich.
Darüber hinaus muss das fragliche Gelände nur in einem Bohrspülungsausbruchsfall oder in einem Fall, in dem ungewollt eine Flüssigkeit ausbricht, die während der oder zur Herstellung einer Horizontalbohrung benötigt oder genutzt wird, betreten werden, was insbesondere in Naturschutzgebieten von Vorteil ist. Zudem kann das Verfahren überall angewendet werden. Mit anderen Worten ist es geländeunabhängig.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Beispiel einer Ausführungsform anhand der schematischen Zeichnung im Einzelnen erläutert wird.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Schnittansicht von einem Gelände zur Erläuterung der Durchführung eines Verfahrens gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie sich aus der einzigen Figur ergibt, weist in diesem Beispiel das Gelände 10 eine hügelige Geländeoberfläche 12 auf. Unterhalb der Geländeoberfläche 12 ist ein Bohrkanal 14 mit einem Bohreintrittspunkt (Rigsite) 16 und mit einem Bohraustrittspunkt (Pipesite) 18 gezeigt. Der Bohrkanal 14 gehört zu einer geplanten Bohrtrasse 20 und wird durch eine Horizontalspülbohrung gerade hergestellt. Der Bohrkopf 22 des nicht weiter dargestellten Bohrwerkzeugs wird in der Figur von rechts nach links vorgetrieben und befindet sich gerade an der mit P gekennzeichneten Position. Wie angedeutet, mussten bisher Menschen 24 die Geländeoberfläche 12 entlang der Bohrtrasse 20 permanent und kontinuierlich in Anpassung zum Bohrbetrieb ablaufen und die Geländeoberfläche auf Spülungsausbrüche, wie z.B. Spülungsausbruch 24, an der Geländeoberfläche 12 optisch zu erkennen. Das Ablaufen der Bohrtrasse 20 erfolgt vorzugsweise synchron zum Vorschub des Bohrkopfes 22 oder Bohrfortschritt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dazu stattdessen im vorliegenden Beispiel eine Drohne 28, die mit einer Wärmebildkamera 30 ausgestattet ist, verwendet. Die Drohne 28 kann z.B. ferngesteuert oder entsprechend programmiert sein, um beispielsweise immer über dem Bohrkopf 22 oder im Bereich oder im Bereich zwischen Bohrkopf und Rigsite (Eintrittspunkt) davon zu sein und mittels der Wärmebildkamera Wärmebilder von der darunter befindlichen Geländeoberfläche 12 zu fertigen und zum Beispiel noch über eine geeignete Auswerteeinrichtung in der Drohne auf mögliche Spülungsausbrüche auszuwerten und das Ergebnis der Auswertung z.B. per Funk oder z.B. über ein Mobilfunknetz an ein elektronisches Gerät, wie beispielsweise ein Mobilfunktelefon, oder an einen Rechner, auszugeben. Alternativ kann die Auswertung der Wärmebilder auch erst in dem Mobilen Endgerät bzw. in dem Rechner erfolgen. Wenn die Auswertung ergibt, dass möglicherweise ein Spülungsausbruch vorliegt, so kann eine entsprechende Mitteilung auf einem Display des elektronischen Geräts bzw. auf einem Bildschirm des Rechners erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Alarmsignal, wie z.B. ein akustisches Alarmsignal, ausgegeben werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in den beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: Gelände
12: Geländeoberfläche
14: Bohrkanal
16: Bohreintrittspunkt
18: Bohraustrittspunkt
20: Bohrtrasse
22: Bohrkopf
24: Mensch
26: Bohrspülungsausbruch
28: Drohne
30: Wärmebildkamera
P: Position (Bohr-/ Werkzeugvorderkante)

Claims

Verfahren zur Detektion von ungewollten Flüssigkeitsausbrüchen, insbesondere Bohrspülungsausbrüchen, an einer Geländeoberfläche (12) bei einer, insbesondere oberflächennahen, Horizontalbohrung, insbesondere Horizontalspülbohrung, umfassend: - Bewegen eines unbemannten Flugobjekts, das mindestens eine Wärmebildkamera (30) aufweist, über einen Untersuchungsbereich einer Geländeoberfläche (12), unter der ein Bohrkanal (14) verläuft oder gerade gebohrt wird, - kontinuierliches oder diskontinuierliches Aufnehmen von Wärmebildern von der Geländeoberfläche (12) mit der Wärmebildkamera (30) des Flugobjekts von oben, - Zuordnen von Positionsdaten der Wärmebildkamera (30) und / oder des Aufnahmeorts auf der Geländeoberfläche (12) zu den aufgenommenen Wärmebildern, - Überprüfen der Wärmebilder auf charakteristische Bereiche und - wenn das Überprüfen der Wärmebilder einen charakteristischen Bereich ergeben hat, Identifizieren desselben als einen möglichen Bohrspülungsausbruch (26) und Ausgeben einer entsprechenden Information und / oder eines entsprechenden Signals, wie z.B. Alarmsignal.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Flugobjekt ein ferngesteuertes Flugobjekt, insbesondere Drohne (28), ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, wobei das Flugobjekt automatisch, insbesondere programmgesteuert, bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmebilder während eines Bohrbetriebs vorzugsweise inklusive Verdämmprozess aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Flugobjekt synchron zum Vortrieb eines zur Herstellung einer Spülbohrung verwendeten Bohrkopfes (22) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch, wobei die Wärmebilder in Echtzeit aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmebilder im Infrarotbereich und / oder nahen Infrarotbereich aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zusätzliche Bilder im sichtbaren Wellenlängenbereich aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zusätzlichen Bilder zur Bestimmung der Positionen von charakteristischen Bereichen und / oder zum Identifizieren von möglichen Bohrspülungsausbrüchen (26) ausgewertet oder verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Information auf einem Bildschirm beispielsweise einer Fernsteuerung ausgegeben wird.