DE1946448A1

DE1946448A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von kurzen Bohrungen

Info

Publication number: DE1946448A1
Application number: DE19691946448
Authority: DE
Inventors: Whyman Barry Herbert Francis; Desty Denis Henry; Thomas John Lionel
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1968-09-16
Filing date: 1969-09-13
Publication date: 1970-10-29
Also published as: GB1275264A; US3635293A; JPS4916681B1; CA935148A; FR2019444A1

Description

Die Erfindung betrifft das Abteufen von kurzen Bohrungen, die, wenn sie abwärts (nicht unbedingt senkrecht) gerichtet sind, als "Flachbohrungen" bezeichnet v/erden=

Flachbohrungen, d.h, Bohrungen mit einer Tiefe bis zu 50 m, sind für verschiedene Zwecke erforderlich, ζ B„ als Schußbohrungen für geophysikalisches Prospektieren, für die Herstellung von Brunnen und Pfählen (Pfähle können als Flachbohrungen angesehen werden, die nach dem Bohren mit geeigneten Materialien, ζ-B- Beton oder vorgespanntem Beton, gefüllt worden sind- Ein Metallfutter kann während des Hiederbringens der Bohrung eingeführt werden.) Kurze Bohrlöcher in anderen Richtungen, ζ„Β» horizontal, sind für Pipelines erforderlich·

Die Erfindung ntollt sich die Aufgabe, das Bohren von F"ajhbohrungen an .Stellen, an denen die Erdoberfläche verdichtbar ist, zu erleichtern·.

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Gemäß der.Erfindung werden kurze Bohrlöcher, z.B, Flachböhrungen, in der Erdoberfläche an Stellen, an denen die Oberfläche verdichtbar ist, abgeteuft, indem man

a) Sauerstoff und einen Brennstoff getrennt und kontinuierlich in eine Verbrennungskammer εο einführt, daß ein explosives Gemisch gebildet wird,

b) das explosive Gemisch intermittierend εο zündet, daß eine Reihe von Explosionswellen in der Verbrennungskammer erzeugt wird, und

c) die ExpIosionswellen am geschlossenen Ende eines teilweise gebohrten Bohrlochs so ausrichtet, daß das Material von diesen Ende entfernt und rings um die Seiten verdichtet wird, wodurch die Länge des Bohrlochs bei jeder Explosion vergrößert wird.

Der Sauerstoff kann als reines Gas oder als Gasgemisch, ζ,Βο Luft, zugeführt werden.

Der Brennstoff wird vorzugsweise in der Dampfphase in die Verbrennungskammer eingeführt- Dies kann erreicht werden, indem man einen Brennstoff, der bei Umgebungstemperaturgasförmig ist, ZrBi, Wasserstoff, Kohlenoxyd und Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 4- C-Atomen im Molekül, verwendet. Substanzen wie Benzin, die verdampft und der Verbrennung;: kammer im gasförmigen Zustand zugeführt werden können, eignen sich ebenfalls als gasförmige Brennstoffe- Es ist auch möglich, flüssige Brennstoffe zu verwenden, die in die Verbrennungskammer so eingespritzt werden, daß ein explosiver Nebel von Brennstofftröpfchen in Sauerstoff (Luft) gebildet wirdο

Die Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Abteufen von verrohrten Flachbohrungen, bei dem man eine Reihe von Explosionswollen in der oben beschriebenen Weise am freien

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BAD ORIGINAL

Inde eines Futterrohres erzeugt, die Explosionswelien an geschlossenen Ende des Bohrlochs durch das Futterrohr nach außen richtet und auf das Futterrohr eine Kraft zur Einwirkung bringt, wodurch das Futterrohr in das Bohrloch nachrückt, während die Reihe von Explosionswelien die Länge des Bohrlochs vergrößert Im Falle einer Pls.chb oh rung wizxl die Kraft zweckmäßig durch die Schwere ausgeübt, dch- man läßt das Futterrohr unter seinen eigenen Gewicht absinken. Zusätzliche Gewichte können an Futterrohr angebracht werden, wenn sein eigenes Gewicht nicht genügt, um es abzusenken-

Während der Durchführung des in vorstehenden Absatz beschriebenen Verfahrens entweicht das ausgebre.uchte Gas. d-li:· das Gas, das das Material an Boden des Bohrlochs verdichtet hat. über einen Ringraun, der zwischen den. Futterrohr und den Seiten des Bohrlochs gebildet worden ist. Dies trögt mit dazu bei, die Reibung zwischen den Futterrohr und den Erdreich zu verringern, wodurch dsε Absenken des Futterrohres erleichtert wird.

Die Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Abteufen von unverrohrten Bohrlöchern, bei den eine in der oben beschriebenen Weise betriebene Verbrennungskammer in das Bohrloch eingeführt und eine Kraft (bei einer Flachbohrung vorzugsweise die Schwere) zur Einwirkung gebracht wird, wodurch die Verbrennungskammer nach unten in das Bohrloch abgesenkt wird, während die Reihe von E-xplosionsweller. die Länge der Bohrung vergrößert- Die Verbrennungskammer kann mit Spreizfingern versehen werden, die in die Seiten des Bohrlochs eingreifen und verhindern, daß die Verbrennungskammer zurückgestoßen wird

Durch Wärme, die bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung erzeugt wird, werden gewisse Erdformationen, ζ 3 Tone, so verändert, daß nie woniger fließfähig werden Dies trägt mit dazu boi, das EinfaUrn ^c/r

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BAD ORIGINAL

Seiten des Bohrlochs zu verhindern,

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann durch Erzeugung der Beine von Explosionswellen, in einem Brenner durchgeführt werden, der Gegenstand des deutschen Patents ,*«..<.-(Patentanmeldung vom gleichen Tage entsprechend der britischen Patentanmeldung 43938/68) der Anmelderin ist. Dieser Brenner umfaßt 1) eine Verbrennungskammer mit grob-rauhen Wänden und 2) ein Sauerstoff-Brennstoff -Zuführungssystem, das dem Gasstrom einen geringen Widerstcnd bietet und so angeordnet ist, daß Brennstoff und Sauerstoff an einem Ende der Verbremiungska:nrr:er gemischt werden, wodurch während des Betriebs des Brenners durch wiederholte Zündung eines in der Verbrenmmgdceaier gebildeten explosiven Gemisches Explosionswellen erzeugt werden*

Die Erfindung umfaßt eine zum Abteufen von verrohrten kurzen Bohrungen, z,B, von Flachbrunnen geeignete Verrichtung, die einen Brenner der oben beschriebenen Art aufweist, der an das Ende einer Länge eines Mantelrohres angesetzt werden kann. Die Erfindung schließt ferner eilte zum Abteufen von unverrohrten kurzen Bohrungen, ζ Β Flachbrunnen geeignete Vorrichtung ein, die eine η_ .Brenner der- im vorstehenden Absatz beschriebenen Art .vafueist.und - mit Spreizfinge-rn versehen ist, die seine Entfernung aus dem Bohrloch durch den durch die Explosioncwellen erzeugten Rückschlag verhindern

Ein solcher Brenner ist zweckmäßig mit einem-Drucklager verbunden, das eine Kraft auszuüben vermag, durch die der Brenner in das Bohrloch vorrückt. Das Drucklager ist mit Spreisfingern versehen, die den Rückdruck der Kräfte aufnehmen, die den Brenner in das Bohrloch treiben Die Spreizfinger ermöglichen es dem Drucklager,.den Brenner beim Eintritt in das Bohrloch zu folgen, d.h- der Brenner und das Drucklager rücken abwechselnd vor

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BAD ORIGlMAt;f3i7?O C^

Pfähle sind in den meisten Fällen belastet<. Durch diese Belastung wird der Pfahl weiter in die Erde getrieben-Es gibt jedoch als "gespannte Pfähle" bekannte Fälle, in denen der Pfahl einer Belastung unterworfen ist, die das Bestreben hat, den Pfahl aus dem Boden zu ziehen- Flachbohrungen für gespannte Pfähle können nach einem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden, bei dem man eine Bohrung in der oben beschriebenen Weise bis'zur erforderlichen Tiefe niederbringt, das gegebenenfalls verwendete Futterrohr festhält, so daß es nicht mehr in die Bohrung eintreten kann, und eine Reihe von großen Explosionswellen bei hoher Gasströmungsgeschwindigkeit und
niedriger Zündgeschwindigkeit erzeugt, so daß ein vergrößerter Hohlraum am Fuß des Bohrlochs erzeugt wird, Wenn die Flachbohrung mit dem Material des Pfahls ausgefüllt worden ist, hilft der Hohlraum dem Pfahl, die Spannung
zu tragen,

lie Erfindung wird nachstehend an Hand eines in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben-

Fig- 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine verrohrte Flachbohrung in einem Tonboden,während des Bohrens gemäß der Erfindung,

Fig- 2 ist ein senkrechter Schnitt durch die in Fig, 1
dargestellte Bohrung nach Beendigung des Bohrens .und der Kohlraumbildung,

Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch eine unverrohrte Flachbohrung während des Bohrens gemäß der Erfindung,

Fig- 4 ist ein senkrechter Schnitt durch das Einstroinsystem des in Fig, 1 bis 3 dargestellten Brenners.,

Fig- 5 ist ein Querschnitt längs der Linie 5~5 von Figo ^K

Fig. 6 zeigt eine Modifikation zum Bohren in anderen Richtungen als abv/örtSo

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Fig= 7 ist ein Querschnitt längs der Linie 7-7 von Fig-6,

Fig. 1 zeigt einen Tonboden 10, in den sich eine flache Bohrung 1Ί"befindet ο Fig η 1 zeigt den Zustand unmittelbar nach Beginn des Bohrens- Während die Bohrung 11 tiefer wird, sinkt das Futterrohr 12 in das Bohrloch ab

Ein stoßweise arbeitender Brenner,-wie er in der oben genannten deutschen Patentschrift ......... (P.atontanmel-

dung vom gleichen Tage entsprechend der

britischen Patentanmeldung '4-3938/68)beschrieben ist, v/irci verwendete Den Brenner 13 werden kontinuierlich Brennstoff durch die Leitung 14 und Luft durch die Leitung zugeführt» Die beiden Gasströme werden im Einströnsystem 16 gemischt, wobei ein explosives Gemisch entsteht, das in die Verbrennungskammer des Brenners 13 eintritt. Von Zeit zu Zeit wird das Gemisch mit Hilfe der Zündkerze gezündet, wobei eine Keine von. Explosionswellen entsteht, die sich im Futterrohr 12 zum Boden des Bohrlochs 11 nach unten bewegen.

Wenn jeder Druckstoß den Boden erreicht, ist der Ausgang versperrt, da das Futterrohr 12 auf dem Boden des Bohrlochs ruht= Durch jeden Druckstoß wird daher der Ton en der Seite des Bohrlochs 11 zusammengepreßt, wodurch ein kleiner Hingraum 19 entsteht, durch den das Gas entweichen kann= Durch wiederholten Durchgang von Druckstößen bleibt der Eingraum 19 his zum obexⁿen Ende des Bohrlochs offen, wodurch der Eintritt des Futterrohres 12 in das Bohrloch unter seinem eigenen Gewicht erleichtert wird. Dies kann noch unterstützt werden, indem ein Gewicht 20 am oberen Ende des Futterrohres 12 angebracht wird,

Zum Beginn des Bohrens wird das Futterrohr 12 mit einem geeigneten Krtn . (mit Richtungsführung) senkrecht gehalten, wobei sein offenes Ende auf der Erdoberfläche an der gewünschten Stelle ruht= Die Hebekraft wird verringert;

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BAD ORiGiW.

bis fact das gesamte Eohrgewicht auf dem Boden ruht, Denn wird Luft unter einem Druck eingeleitet, der gerade genügt, um das Entweichen an unteren Ende des Futterrohrs 12 sicherzustellen- Zu die sera Zeitpunkt wird mit der Zündung in der gewünschten Häufigkeit begonnen und das Brenngas zugeführt, hierdurch wird das Niederbringen der Bohrung in der oben beschriebenen Weise eingeleitet.

Bei einem Versuch wurde ein zylindrisches Futterrohr aus Stahl von 6 a Llmge und 10 cm Innendurchmesser und 11 cn Außendur dme ε ε er in eine Kiesschicht getrieben, wobei ein 3olirloch von 12 cm Durchmesser und 6 m Tiefe gebildet wurde.- Das ITnde des Rohres befand sich zu diesem Zeitpunktunter den Grund\vasse3:spiegel: Uiη Brenner mit einen ϊέ-.u-" hen zylindrischen Rohr von 1 m Länge und 10 cn Durchmesser v.urde am oberen Ende des Futterrohres angeflanscht. Luft und Wasserstoff warden kontinuierlich durch ein Einströnsysten zugeführt, durch das die beiden Gase unter Bildung eines explosiven Gemisches im rauhen Hohr gemischt wurden-. Das Gemisch wurde zweimal pro Sekunde gezündet und die Gasströmung so eingestellt, daß jede Detonation eine Zncrgie von 100 k-Joule in jedem Druckstoß erzeugte. Diese Druckstöße trieben das Rohr mit einer Geschwindigkeit vcn 1 cn/Druckstoß nach unten= Am Futterrohr 12 war ein Gewicht von 100 kg befestigt - Die Untersuchung des Bohrlochs nach dem 3ohren ergab, daß das Erdreich, das das Futterrohr umgab, gut verdichtet und keine Erde in das Futterrohr eingetreten war,

Pig- 2 zeigt eine Flachbohrung der gleichen Art, wie sie in Fig 1 dargestellt ist= In diesem Fall wurde die Bohrung mit einem Hohlraum 21 am unteren Ende beendet_: Un diesen Hohlraum au bilden, wurde das Futterrohr 12 so gehalten, daß es nicht weiter absinken konnte. Sehr große Explosionswellcii wurden im Rohr nach unten geleitet, indem das Gas bei geringer Funkengeschwindigkeit weiterhin mit hoher Gncchwindigkoit zugeführt, wurde-

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Hit einer zugeführten Gasmenge von 30 1/Sek, (\7assei\stoff/ Luft) und bei einer Zündung pro Sekunde konnte ein ilolilraum von etwa yO cn Durchmesser gebildet werden.

Fig- 3 zeigt eine Modifikation von Fig- 1 zur Herstellung von nicht verrohrten Bohrungen ο Bei dieser Modifikation wird kein Futterrohr 12 verwendet Der Brenner 13 tritt zusammen mit dem Gewicht 20 in das Bohrloch 11 .ein Luft, Brennstoff und Strom, (für die Zündkerze 17) \verden durch flexible Schläuche bzw- Kabel zugeführt-

Der'in Fig, 1 bis 3 dargestellte Brenner war mit einem Einstromsystem. versehen, das in Fig 4 und 5 ausführlicher dargestellt ist Dieses Üinströmsystem ist auch in der oben genannten deutschen Patentschrift beschriebene

Das in Fig ₌ 4 und 5 dargestellte -oinströrasystem weist Brennstoff- und Luftzuführungsröhre auf, die in den Kopf des Brenners parallel zu seiner Achse eintreten. Jeder. · Rohr biegt im rechten Winkel ab, so daß radiale liohro 12 und 23 tangential in den Hingraum. 24 eintreten (wie in Fig. 5 dargestellt). Der mittlere Hingraun wird durch einen Mentel 25-gebildet, in den die Zündkerze 17 (mit ringförmigen Elektroden) eingesetzt ist.

6 und 7 zeigen eine Anordnung, mit der ein waagerechtes Bohrloch hergestellt werden kann Die Anordnung besteht aus einem Brenner 17, der an eine BrennstoffEUfüJiiun leitung 14 angeschlossen ist, einer Luftzuführungsleitung 15 und einem elektrischen Kabel 18 (wie oben beschrieben)

Der Brenner ist mit einer Vorschubstange 30 verbunden, die verschiebbar in einen Druckblock 32 eingesetzt ist Die Stange 30 ist mit Spreizfingern 31 und der Druckblock 32 mit Spreizfingern 33 versehen, die sich gegen die Seiten des Bohrlochs -legen und ein Herausziehen verhindern (die Gpreizfinger können durch ein nicht dargestelltes GeslüriH-

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εο gelenkt werden, daß die- Vorrichtung gesteuert oder, renn, sie herausgesogen, v/erden muß, freigegeben wirdO Wie in Pig. 7 dargestellt, sind drei Gruppen von Spreizfingern im Abstand von 120 an der Vorschubstange 30 (und in der gleichen Weise am Druckblock 32) befestigt, lie verschiedenen Versongmgskabel und -leitungen v/erden zwischen den Spreizfingern durchgeführt.

In .Betrieb bringt der Druckblock 32 eine Kraft zur Einwirkung, durch die der Brenner ΛΊ vorrückt. Während dieser Zeit verhindern die Spreisfinger 33 das Herausziehen, während die Spreizfinger 31 ien Vorschub des Brenners nicht verhindern- Während des Zurückziehens wird die Richtung der Kraft umgekehrt: die Spreizfinger 31 verhindern das Herausziehen des Brenners, während die Spreizfinger 33 dem Vorschub des Druckblocks 32 nicht widersteheno Während die gesamte Kombination im Bohrloch vorrückt, kann sie durch entsprechende Einstellung der Spreizfinger gesteuert werden.

Bei einer bevorzugten (nicht dargestellten) Ausführungsform bilden die Spreizfinger ein pneumatisch oder hydraulisch betätigtes desmodronisches System. Bei diesem System sind pneumatisch oder hydraulisch verlängerbare vordere Spreizfinger 31 mit pneumatisch oder hydraulisch verlängerbaren hinteren Spreizfingern 33 mit Hilfe einer pneumatischen oder hydraulischen Ramme 52 verbunden.. Der Vorschub der Vorrichtung in das Bohrloch findet in zwei Phasen statt. In der "Vorbereitungsphase" wird die Vorrichtung auf den Vorschub des Brenners vorbereitet, und in der "Vorschubphase" bewegt sich der Brenner vorwärts»

Während der "Vorbereitungsphase" sind die vorderen Spreizfinger gespreizt, die rückwärtigen Spreizfinger 3J3 eingezogen, und die Ramme J52 ist zurückgezogen, d.h. der rückwärtige Teil der Vorrichtung ^bewegt sich vorwärts. Während der Vorschubphase sind die rückwärtigen Spreizfinger

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bad

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eingezogen und die Ramme 32 ausgezogen, d.h. der .brenner bewegt sich vorwärts.

Da der Brenner ein Loch bohren kann, das größer ist als. sein eigener Durchmesser, ist es möglich, ein Loch zu bohren, ein Futter einzuführen (z.B. während der Bildung der Eohrung; und den Brenner dann durch das futterrohr herauszuziehen.

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Claims

Ansprüche

1^N Verfuhren zum Herstellen von flachen Eohrungen in der Erdoberfläche an Stellen, an denen die obefläche verdichtcar iöt. dadurch gekennzeichnet._; daß ir.an

a^N Sauerstoff und einen Brennstoff getrennt und kontinuierlich in eine Verbrennungskammer so einführt. daß ein explosives Gemisch gebildet wird,

b" das explosive Gemisch intermittierend so zündet* da/· eine Reihe von .Explosionsvellen in der Verbrennungskammer erzeugt wird« und

C^ die Explosionsvrellen am geschlossenen Ende eines teilweise gebohrten Bohrlochs so ausrichtet^ daß das Material von diesem Ende entfernt und rings um die Seiten verdichtet wird,

2' Vorrichtung zur Turchtührung des Verfahrens nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch einen Erenner mit

a^x einer Verbrennungskammer (13^N mit grob-rauhen VJär.den und

b", einem Sauerstof.f-Erennstof.f-Zuführungssystem -'I'¹, I.5.- l6) mit einem geringen Widerstand gegenüber dem Gasstrom, das so angeordnet ist. daß Sauerstoff und Brennstoff an einem Ende der Verbrennungskammer gemischt werden,

v.Ot-ei dieser Erenner in ein Eohrloch eingesetzt werden kann und bei seinem Eetrieb durch wiederholtes Zünden eines in der Verbrennungskammer gebildeten explosiven Gemisches Explosionswellen erzeugt, und außerdem ge-

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kennzeichnet durch Spr-eizfinger '^>1, J>J>)_f die den Wieder-• austritt des Erenners aus dem Eohrioch infolge Rückschlag durch die Explosionsvrellen verhindern,

Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet; daß die Spreizfinger ein desir.odronisch.es System mit einziehbaren vorderen Spreizfingern ^f'j5l} und einziehbaren hinteren Spreizfingern O3^% bildet^, die mittels einer Ramme ''32^λ verbunden sind.

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