DE19915090A1 - Drill flushing agent for tunnel cutting with water as drilling fluid contains sodium and-or potassium silicate to prevent the drill from sticking due to swollen clay - Google Patents

Drill flushing agent for tunnel cutting with water as drilling fluid contains sodium and-or potassium silicate to prevent the drill from sticking due to swollen clay

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    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/04—Aqueous well-drilling compositions
    • C09K8/05—Aqueous well-drilling compositions containing inorganic compounds only, e.g. mixtures of clay and salt

Abstract

Sodium and/or potassium silicate (I) is added to the water used as drilling fluid in a drill flushing agent for tunnel boring.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrspülmittel für den Bereich des Tunnelbohrens.The invention relates to a drilling fluid for the area of tunnel drilling.

Beim Tunnelbohren (beispielsweise Untertunnelung von Gebäuden, Straßen, Flüssen etc.) ist es bekannt, einfachste Spülungssysteme einzusetzen, meistens auf der Basis Bentonit/Wasser, die die Austragung des Bohrgutes erfüllen. Es ist auch bekannt, neben Bento­ nit geringe Mengen an Polymer einzusetzen. Diese Po­ lymere werden zur weiteren Eindickung des Bentonits und zur Kontrolle des Wasserverlustes eingesetzt. Es handelt sich hier im wesentlichen um Stärkeprodukte, Carboxy Methyl Cellulosen und polyanionischen Cellu­ losen. Die bekannten Spülungssysteme sind nachteilig bei tonigen, lehmigen Formationen, die durchbohrt werden sollen, da diese sehr stark zur Wasseraufnahme neigen und dann das Vortriebswerkzeug verkleben. Die­ se Verklebungen können soweit führen, daß der Vor­ triebsprozeß zum Stillstand kommt und die Vortriebs­ geräte unter hohen Kosten-, Zeit- und Arbeits­ aufwand gereinigt werden müssen. Probleme ergeben sich auch aus den immer strenger werdenden Umwelt­ auflagen und den damit verbundenen Einschränkungen für die Entsorgung. Aufgrund Umweltauflagen werden immer weniger Produkte zur Entsorgung freigegeben und es werden auch die genehmigten Mengen immer geringer. When tunnel boring (e.g. tunneling under of buildings, roads, rivers etc.) it is known use the simplest flushing systems, mostly on the base bentonite / water, which the discharge of the Fulfill drilling. It is also known alongside Bento nit use small amounts of polymer. This butt polymers are used to further thicken the bentonite and used to control water loss. It these are essentially starch products, Carboxy methyl celluloses and polyanionic cellu to solve. The known flushing systems are disadvantageous in clayey, loamy formations that pierced should be, as these are very strong for water absorption incline and then glue the tunneling tool. The se bonds can lead so far that the pre drive process comes to a standstill and the propulsion devices at high cost, time and labor need to be cleaned. Problems arise itself from the increasingly severe environment requirements and the associated restrictions for disposal. Due to environmental regulations fewer and fewer products released for disposal and the approved quantities are also getting smaller.  

Bei der bisherigen Tunnelbohrpraxis wird mit den Bentonit/Wasserspülungssystemen so lange gebohrt bis diese sich so stark mit erbohrten Feststoffen ange­ reichert haben, daß entweder die Viskosität zu hoch wird oder das spezifische Gewicht so weit angestiegen ist, daß eine Verdünnung oder ein vollständiger Aus­ tausch der Bohrspülung erfolgen muß. Durch die sehr großen Durchmesser bei Tunnelbohrungen (bis zu 15 m) sind sehr große Flüssigkeitsmengen im Umlauf, was wiederum zu sehr großen Volumina bei der Entsorgung führt.In previous tunnel drilling practice, the Bentonite / water flushing systems drilled until this deals so strongly with drilled solids have enriched that either the viscosity is too high or the specific weight has risen so far is that a dilution or a complete elimination the drilling fluid must be replaced. By the very large diameter for tunnel bores (up to 15 m) are very large amounts of liquid circulating what again, very large volumes in disposal leads.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Bohrspülmittel für das Tunnelbohren an­ zugeben, das die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist, das also insbesondere ein Verkleben des Vortriebswerkzeuges verhindert, die Entsorgungsmenge minimiert, umweltverträglich ist, geringe Kosten ver­ ursacht und wenige Komponenten benötigt.The object of the present invention is in a drilling fluid for tunnel boring admit that the disadvantages described above do not has, that is in particular a gluing of Jacking tool prevents the disposal amount minimized, environmentally friendly, low costs cause and few components needed.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the invention Claim 1 solved.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.Advantageous and expedient further developments of Task solution according to the invention are in the sub claims specified.

Die Erfindung schlägt für das Tunnelbohren ein inhibierendes Bohrspülmittel auf der Basis von Sili­ katinhibierung vor. Dieses erfindungsgemäße Bohrspül­ mittel verhindert durch einen chemischen Mechanismus, daß Wasser in die reaktiven Tone eindringt. Das wie­ derum verhindert das Quellen dieser Tone und löst dadurch die oben beschriebenen Probleme.The invention strikes for tunnel boring inhibitory drilling fluid based on Sili Katin inhibition before. This drilling fluid according to the invention prevented by a chemical mechanism, that water penetrates the reactive clays. That how therefore prevents these tones from swelling and loosens thereby the problems described above.

Durch das erfindungsgemäße Bohrspülmittel ver­ klebt das Vortriebswerkzeug nicht mehr. Es sind hö­ here Vortriebsgeschwindigkeiten realisierbar als bis­ her. Die erbohrten Feststoffe dispergieren nicht in der Flüssigkeit, sondern bleiben so erhalten, wie sie erbohrt werden. Durch die verhinderte Dispergierung können die erbohrten Feststoffe wesentlich effektiver mit Sieben und Hydrozyklonen abgetrennt werden. Es erfolgt eine Verringerung des Anstiegs der Viskosität durch die erbohrten Feststoffe, weil diese durch das inhibierende erfindungsgemäße Bohrspülmittel inert sind. Außerdem wird der Anstieg des spezifischen Ge­ wichtes erheblich verringert. Die Entsorgungsmenge wird minimiert. Es kann eine umweltfreundliche Ent­ sorgung erfolgen, da das erfindungsgemäße Bohrspül­ mittel natürlichen Ursprungs ist. Es können erheblich Kosten eingespart werden, weil Stillstandzeiten durch Verklebung vermieden sind und bei der Entsorgung Ko­ sten erheblich gespart werden können. Der Sicher­ heitsstandard wird gegenüber dem bisherigen Standard erhöht, weil geringere Produktmengen anfallen und gefährliche Reinigungsarbeiten am Vortriebsgerät nicht mehr notwendig sind.By the drilling fluid ver the jacking tool no longer sticks. There are Here propulsion speeds can be realized as up to forth. The drilled solids do not disperse in  of the liquid, but remain as they are be drilled. Due to the prevented dispersion the drilled solids can be much more effective be separated with sieves and hydrocyclones. It there is a decrease in the increase in viscosity through the drilled solids because this through the inhibitory drilling fluid according to the invention inert are. In addition, the increase in the specific Ge important significantly reduced. The disposal amount is minimized. It can be an environmentally friendly ent care take place because the drilling fluid according to the invention is of medium natural origin. It can be significant Costs are saved because of downtimes Sticking are avoided and when disposing Ko most can be saved significantly. The sure one standard will be compared to the previous standard increased because there are smaller quantities of products and dangerous cleaning work on the jacking machine are no longer necessary.

Die Kernsubstanz des erfindungsgemäßen Bohrspül­ mittels ist ein Natrium- oder Kaliumsilikat, wobei es sich vorwiegend um ein Gemisch aus Natriumoxid (Na2O) und Siliziumdioxid (SiO2) handelt. Das Mischungsver­ hältnis SiO2 : Na2O liegt im Bereich zwischen 1 : 1 und 4 : 1, kann auch geringfügig davon abweichen. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis 2,8 : 1 bis 2,0 : 1. Das Natrium- oder Kaliumsilikat kann der Bohrflüssigkeit (Wasser) in trockener Form oder auch in flüssiger Form (50% aktiv) zugeführt werden. Vor­ zugsweise wird es der Bohrflüssigkeit in trockener Form zu 3-4 Gew.-% und in flüssiger Form entspre­ chend zu 6-8 Gew.-% zugeführt.The core substance of the drilling fluid according to the invention is a sodium or potassium silicate, which is predominantly a mixture of sodium oxide (Na 2 O) and silicon dioxide (SiO 2 ). The SiO 2 : Na 2 O mixture ratio is in the range between 1: 1 and 4: 1, may also differ slightly from this. The ratio is preferably 2.8: 1 to 2.0: 1. The sodium or potassium silicate can be added to the drilling fluid (water) in dry form or else in liquid form (50% active). Before it is preferably added to the drilling fluid in dry form to 3-4 wt .-% and in liquid form accordingly to 6-8 wt .-%.

Sobald das Natrium- oder Kaliumsilikat der Bohr­ flüssigkeit zugeführt ist, wird das Eindringen von freiem Wasser in die Tone verhindert. Diese quellen nicht mehr auf und bleiben in ihrer ursprünglichen Struktur erhalten, so daß sich die oben beschriebenen Vorteile beim Tunnelbohren ergeben.As soon as the sodium or potassium silicate the Bohr liquid is supplied, the penetration of  free water in the clays prevented. These swell no longer open and stay in their original Preserve structure so that those described above There are advantages in tunnel drilling.

Neben dem Natrium- und/oder Kaliumsilikat kann die Bohrflüssigkeit (Wasser) mit weiteren Produkten aus der Bohrindustrie versehen werden, um die Eigen­ schaften zu verbessern oder zu ergänzen. Dabei kann das spezifische Gewicht beispielsweise mit Bariumsul­ fat, Hematit und/oder Calciumcarbonat eingestellt werden. Zur Salzgehalteinstellung können beispiels­ weise die Salze KCl, NaCl, K2SO4, K2CO3, Acetate, For­ miate und/oder andere Kalium- oder Natriumverbindun­ gen verwendet werden. Zur Viskositätseinstellung kön­ nen beispielsweise XC Polymer, Xanthan Gum, Guar Gum, andere viskositätsbildende Biopolymere und/oder Ben­ tonit verwendet werden. Die pH-Wert-Einstellung er­ folgt vorzugsweise mit NaOH und/oder KOH. Zur Inhi­ bierung können Glykole und/oder andere bekannte Ge­ mische verwendet werden. Zur Wasserverlustkontrolle können Carboxy Methyl Cellulosen, Stärkeprodukte und/oder polyanionische Cellulosen eingesetzt werden.In addition to the sodium and / or potassium silicate, the drilling fluid (water) can be provided with other products from the drilling industry in order to improve or supplement the properties. The specific weight can be adjusted, for example, with barium sulfate, hematite and / or calcium carbonate. For example, the salts KCl, NaCl, K 2 SO 4 , K 2 CO 3 , acetates, formates and / or other potassium or sodium compounds can be used to adjust the salt content. XC polymer, xanthan gum, guar gum, other viscosity-forming biopolymers and / or ben tonite can be used to adjust the viscosity. The pH is preferably adjusted with NaOH and / or KOH. Glycols and / or other known mixtures can be used for inhi bation. Carboxy methyl celluloses, starch products and / or polyanionic celluloses can be used to control water loss.

Als standardmäßiges erfindungsgemäßes Bohrspül­ mittel kann folgende Zusammensetzung eingesetzt wer­ den: 960 l Wasser, 80 kg Natriumsilikat und 4 kg XC Polymer. Um bestimmte Eigenschaften des Bohrspül­ mittels zu erreichen, kann diese Zusammensetzung mit den oben erwähnten Substanzen modifiziert werden.As a standard drilling fluid according to the invention medium the following composition can be used den: 960 l water, 80 kg sodium silicate and 4 kg XC polymer. To certain properties of the drilling fluid to achieve this composition with the substances mentioned above are modified.

Claims (12)

1. Bohrspülmittel für das Tunnelbohren mit Wasser als Bohrflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrflüssigkeit Natrium- und/oder Kaliumsilikat zu­ gemischt ist.1. drilling fluid for tunnel boring with water as drilling fluid, characterized in that the drilling fluid is mixed with sodium and / or potassium silicate. 2. Bohrspülmittel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mischungsverhältnis im Natrium- und/oder Kaliumsilikat zwischen Natriumoxid oder Ka­ liumoxid und Siliziumdioxid 1 : 1 bis 4 : 1 beträgt.2. drilling fluid according to claim 1, characterized indicates that the mixing ratio in sodium and / or potassium silicate between sodium oxide or Ka lium oxide and silicon dioxide is 1: 1 to 4: 1. 3. Bohrspülmittel nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mischungsverhältnis vorzugsweise im Bereich von 2,8 : 1 bis 2,0 : 1 liegt.3. drilling fluid according to claim 2, characterized records that the mixing ratio preferably in Range is 2.8: 1 to 2.0: 1. 4. Bohrspülmittel nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Natrium- und/oder Kaliumsilikat der Bohrflüssigkeit (Wasser) in trocke­ ner-oder flüssiger Form zugeführt wird.4. drilling fluid according to one of claims 1-3, characterized in that the sodium and / or Potassium silicate of the drilling fluid (water) in dry ner or liquid form is supplied. 5. Bohrspülmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Mittel zur Einstellung des spezifischen Gewichtes und/oder des Salzgehaltes und/oder der Viskosität und/oder des pH-Wertes und/oder zur Inhibierung und/oder zur Wasserverlustkontrolle eingesetzt wer­ den.5. Drilling fluid according to one of the preceding Claims, characterized in that in addition Means for setting the specific weight and / or the salt content and / or the viscosity and / or the pH value and / or for inhibition and / or used for water loss control  the. 6. Bohrspülmittel nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Einstellung des spezifischen Ge­ wichtes Bariumsulfat und/oder Hematit und/oder Calci­ umcarbonat eingesetzt wird.6. drilling fluid according to claim 5, characterized records that to set the specific Ge important barium sulfate and / or hematite and / or calci umcarbonate is used. 7. Bohrspülmittel nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Salzeinstellung Kaliumchlorid und/oder Natriumchlorid und/oder Kaliumsulfat und/oder Kaliumcarbonat und/oder Acetate und/oder Formiate und/oder andere Kalium- oder Natriumverbin­ dungen verwendet werden.7. drilling fluid according to claim 5, characterized records that for salt adjustment potassium chloride and / or sodium chloride and / or potassium sulfate and / or potassium carbonate and / or acetates and / or Formates and / or other potassium or sodium compounds be used. 8. Bohrspülmittel nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Viskositätseinstellung XC Polymer und/oder Xanthan Gum und/oder Guar Gum und/oder ande­ re viskositätsbildende Biopolymere und/oder Bentanit eingesetzt werden.8. drilling fluid according to claim 5, characterized records that for viscosity adjustment XC polymer and / or xanthan gum and / or guar gum and / or others re viscosity-forming biopolymers and / or bentanite be used. 9. Bohrspülmittel nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur pH-Wert-Einstellung Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid verwendet werden.9. drilling fluid according to claim 5, characterized records that for pH adjustment sodium hydroxide and / or potassium hydroxide can be used. 10. Bohrspülmittel nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Inhibierung Glycole verwendet wer­ den.10. drilling fluid according to claim 5, characterized records that glycols are used for inhibition the. 11. Bohrspülmittel nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Wasserverlustkontrolle Carboxyme­ thyl Cellulosen, Stärkeprodukte und/oder polyanio­ nische Cellulosen eingesetzt werden.11. drilling fluid according to claim 5, characterized records that for water loss control Carboxyme thyl celluloses, starch products and / or polyanio African celluloses are used. 12. Bohrspülmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Zusammenset­ zung: 960 l Wasser (Bohrflüssigkeit), 80 kg Natrium­ silikat und 4 kg XC Polymer.12. Drilling fluid according to one of the preceding  Claims, characterized by the following composition tongue: 960 l water (drilling fluid), 80 kg sodium silicate and 4 kg XC polymer.
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