DE20217167U1 - Selbsterhärtende Bohrspülung für das Horizontalbohren - Google Patents
Selbsterhärtende Bohrspülung für das HorizontalbohrenInfo
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Description
Bohrspülungen für den Einsatz bei Horizontalbohrungen werden üblicherweise aus Bentonit mit oder ohne chemische Zusatzmittel sowie Wasser hergestellt. Diese Suspensionen haben im Wesentlichen die Funktionen das Bohrgut aus dem Bohrloch zu fördern, das Bohrloch zu stützen und ggf. das Bohrwerkzeug zu schmieren und zu kühlen. Nach Beendigung der Bohr- und Rohreinzugsarbeiten verbleibt ein Teil der verwendeten Bohrspülung im Ringraum um die eingezogenen Rohre.
Die Bettung von eingezogenen Rohren in diese Bohrspülungen kann unter verschiedenen baupraktischen Bedingungen zu erheblichen Problemen führen:
Bei der Verwendung von konventionellen Bentonitspülungen kann eine stabile Bettung der eingezogenen Produktrohre über längere Zeiträume, durch die dauerhaft fließfähige Konsistenz, generell nicht gewährleistet werden.
Durch den Zutritt von salzhaltigem Grundwasser aus dem Baugrund, von Meerwasser oder von kontaminierten Wässern, kann es zur Destabilisierung der Suspension durch Ausflockung des Bentonits kommen. Damit kommt es zu einem Absetzen von Wasser und zu einem Verlust der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Rohr und Baugrund. Dies führt zu Setzungen im überlagernden Boden und kann somit erhebliche Schäden z. B. bei Straßen, Bahndämmen und Bebauungen verursachen. In Verbindung mit diesen Setzungen können auch Beschädigungen der eingezogenen Rohre durch mechanische Belastungen auftreten.
Bei hohen Grundwasserflussgeschwindigkeiten und/oder drückendem Wasser kann es zur Ausspülung der Bohrspülung im Ringraum kommen. Auch hier sind entsprechende
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Setzungen/Umlagerungen im Baugrund mit den oben beschriebenen Folgen zu erwarten. Ebenso verursachen solche Erosionsvorgänge Wasserumläufigkeiten entlang des Bohrkanals, was zu erheblichen Problemen beim Grundwassermanagement führen kann.
Um eine Verfestigung des im Ringraum um die Rohre verbleibenden Materials zu erreichen, werden den Bentonitspülungen teilweise Zement oder zementhaltige Materialien untergemischt. Diese Zement-Bentonit-Suspensionen werden dann nach Rohreinzug in den Ringraum verpresst oder in der Rohreinzugsphase eingebracht. Die Erfahrungen zeigen aber, dass die Zugabe von Zement zu den herkömmlichen Bohrspülungen auf Bentonitbasis zu einer Destabilisierung der Suspension führt. Dies bedeutet, dass die Suspension im Ruhezustand deutlich Wasser absetzt und sich somit im oberen Bereich des Ringraumes „Wasserlinsen" ausbilden. Eine kraftschlüssige Einbettung des Rohres über den gesamten Verlauf ist damit nicht gegeben. Wie oben beschrieben, kann es auch hier zu Umlagerungen/Setzungen im Baugrund kommen. Die Zugabe von Zement zu Bentonitsuspensionen führt darüber hinaus zu Einschränkungen bei der Tragfähigkeit (Fließgrenze) der Suspension. Bei Verwendung während des Rohreinzugs kann es daher zu einer Sedimentation von Bodenbestandteilen kommen, welche den Rohreinzug behindern oder im Extremfall verhindern. Eine Funktion dieser auf den Baustellen hergestellten Mischungen als Bohrspülung ist nicht gegeben.
Eine weitere gängige Methode ein erhärtendes Material in den Ringraum zu applizieren, ist die Verdrängung der Bohrspülung nach Beendigung des Rohreinzugs durch zementhaltige Suspensionen (z. B. Dämmer®). Hierbei wird das zementhaltige Material separat angemischt und von einem Ende des Bohrstrangs aus verpresst. Dabei soll die vorher im Ringraum vorhjndene Spülung verdrängt werden. Neben dem erhöhten Aufwand für die zusätzliche Misch- und Verpresseinrichtung, dem Zeitaufwand sowie der zusätzlich zu entsorgenden verdrängten Bohrspülung, ist bei diesem Verfahren die komplette Verdrängung der Spülung sehr fraglich. Insbesondere im oberen Ringraumbereich verbleiben aufgrund der erheblich geringen
Suspensionsdichten der Bohrspülung i. d. R. Bereiche, die nicht vollständig mit erhärtendem Material gefüllt sind. Außerdem trifft bei einer Vermischung von zementhaltigem Material und Bentonitsuspension, mit der zumindest partiell gerechnet werden muss, eine Destabilisierung der Mischung auf, was zu einem Wasserabsetzen mit den oben beschriebenen Folgen führt.
Gegenstand dieses Gebrauchsmusters ist nun ein Material, welches sowohl die Funktionen einer Bohrspülung übernimmt (Förderung des Bohrgutes, Stützung des Bohrlochs, Schmierung und Kühlung des Bohrwerkzeuges) als auch nach Beendigung des Rohreinzugs volumenstabil erhärtet. Dabei ist sowohl die Verarbeitungszeit (Funktion als Bohrspülung) als auch die Festigkeitsentwicklung nach Kundenwunsch in Abhängigkeit von der Länge und dem Durchmesser der Bohrung sowie der Bodenbeschaffenheit einstellbar. Die Endfestigkeit wird dabei i. d. R. auf. die Festigkeit des umgebenden Bodens eingestellt. Die erhärtende Bohrspülung ist zur kompletten Anwendung bei allen Schritten einer Horizontalbohrung (Pilotbohrung, Aufweitungsbohrung „Räumer", Rohreinzug) geeignet. Ebenso ist der Einsatz nach einer mit herkömmlicher Bentonitspülung durchgeführten Pilotbohrung sowie nur beim Rohreinzug möglich. Hierbei sind die Verarbeitungszeiten kürzer zu wählen, was die Einstellung einer schnelleren Festigkeitsentwicklung im Ringraum ermöglicht. Ebenso wie herkömmliche Bdntonitspülungen ist auch die erhärtende Bohrspülung über Recyclinganlagen regenerierungsfähig. Weitere Vorteile der erhärtenden Bohrspülung sind eine im Vergleich zu herkömmlichen Bentonitspülungen niedrige Viskosität bei sehr gutem Austragsverhalten (Yieldpoint) und hohe Gelstärken, die ein Absedimentieren vom Bohrgut sicher verhindern (s. exemplarische Daten Tabelle 1).
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| Marshzeit in Anlehnung an DIN V 4126-100 [S] |
Yieldpoint [lbs/100 sq.ft.] |
Plastische Viskosität [cps.] |
10 sek. Gelstärke [lbs/100 sq.ft.] |
10 min. Gelstärke [lbs/100 sq.ft.] |
Filtratwasser in Anlehnung an DIN V 4126-100 [ml] |
| «40 | «37 | «6 | «33 | «32 | «20 |
Im Gegensatz zu allen oben beschriebenen bekannten Verfahren, eine Verfestigung im Ringraum der im Horizontalbohrverfahren eingebrachten Rohre zu erreichen, wird das erhärtende Material nach diesem Gebrauchsmuster als Bohrspülung eingesetzt.
Zusammenfassend bietet dies folgende Vorteile:
Durch die optimale werksseitige Abstimmung der Materialkomponenten Bentonit, hydraulisches Bindemittel und Zusatzmittel, liegt eine volumenstabile erhärtende Suspension vor, so dass Ausflockungen von Bentonit durch nachträgliche Zugabe von Zement oder zementhaltigen Materialien nicht auftreten können.
Das Einbringen des Materials beim Bohr-, Räum- bzw. Einzugvorgangs gewährleistet im Gegensatz zum nachträglichen Einpressen von erhärtenden Suspensionen in den Ringraum die komplette Umschließung des Rohres mit volumenstabilem, erhärtendem Material. Eine gleichmäßige Verteilung des Bindemittels ist gegeben. Außerdem entfällt der Aufwand für zusätzliche Anmisch- und Verpresseinheiten auf der Baustelle.
Im Gegensatz zu dauerhaft flüssigen Bohrspülungen können erhärtete Spülungsreste problemlos mit einem Radlader oder Bagger aufgenommen und auf einer Bauschuttdeponie entsorgt werden.
Im Gegensatz zu dauerhaft flüssigen Bohrspülungen können erhärtete Spülungsreste problemlos mit einem Radlader oder Bagger aufgenommen und auf einer Bauschuttdeponie entsorgt werden.
Claims (10)
1. Trockenfertigmischung zur Herstellung einer erhärtenden Bohrspülung für das Horizontalbohrverfahren folgender Zusammensetzung:
10-70 Gew.-Teile eines quellfähigen Tonminerals
20-80 Gew.-Teile eines Hüttensandmehles mit einem hydroxylionenbildenden Anreger
0-30 Gew.-Teile Kalksteinmehl oder andere inerte Füllstoffe
0,1-2 Gew.-Teile mindestens eines Verzögerers
0-2 Gew.-Teile mindestens eines Verflüssigers
0-2 Gew.-Teile mindestens eines Stabilisierers.
10-70 Gew.-Teile eines quellfähigen Tonminerals
20-80 Gew.-Teile eines Hüttensandmehles mit einem hydroxylionenbildenden Anreger
0-30 Gew.-Teile Kalksteinmehl oder andere inerte Füllstoffe
0,1-2 Gew.-Teile mindestens eines Verzögerers
0-2 Gew.-Teile mindestens eines Verflüssigers
0-2 Gew.-Teile mindestens eines Stabilisierers.
2. Trockenfertigmischung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass Hüttensandmehl einer Mahlfeinheit von mindestens 2.000 cm2/g, vorzugsweise im Bereich von 2.500 bis 4.500 cm2/g, insbesondere im Bereich von 3.000 bis 4.000 cm2/g, verwendet wird.
3. Trockenfertigmischung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass als Verflüssiger modifizierte oder unmodifizierte Lignin- und Naphthalinsulfonate; sulfonierte Naphthalinformaldehydkondensate; sulfonierte Melaminformaldehydkondensate; sulfonierte Phenolformaldehydkondensate; Acrylsäure/Acrylamid-Gemische; oder deren Mischungen eingesetzt werden.
4. Trockenfertigmischung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass als Stabilisierer Stärken oder deren Derivate; vernetzte Stärken; Dextrine; Pullulan; Carboxymethylstärken; Carboxymethylcellulosen; Methylcellulosen; Ethylcellulosen; Hydroxymethylcellulosen; Hydroxyethylcellulosen; Methylhydroxyethylcellulosen; Methylhydroxypropylcellulosen; Xanthane; Agar-Agar; Alginate; Guar-Gum; Gummi Arabicum; Johannisbrotkernmehl; Pectin; Tragant; oder deren Mischungen eingesetzt werden.
5. Trockenfertigmischung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass als Verzögerer Zucker wie Glucose, Fructose oder Saccharose und Hydroxycarbonsäuren wie Weinsäure, Gluconsäure, Gluconsäurelacton, Heptonsäure, Zitronensäure, Gallussäure, Pyrogallol, Äpfelsäure, Tartronääure, 2,4,6-Trihydroxybenzoesäure oder deren jeweilige Mono- und Dialkalisalze oder deren Hydrate eingesetzt werden.
6. Trockenfertigmischung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass als hydroxylionenbildender Anreger Portlandzementklinker; Alkali- und Erdalkalioxide; oder Alkali- und Erdalkalihydroxide eingesetzt werden.
7. Trockenfertigmischung nach Anspruch 7., dadurch gekennzeichnet, dass der Portlandzementklinker insbesondere in Form von Zementen, vorzugsweise Normzementen nach EN 197-1, zugegeben wird.
8. Trockenfertigmischung nach Anspruch 8., dadurch gekennzeichnet, dass der Portlandzementklinker in Form von Portlandzement, Portlandhüttenzement, Portlandsilicastaubzement, Portlandpuzzolanzement, Portlandflugaschezement, Portlandschieferzement, Portlandkalksteinzement, Portlandkompositzement, Hochofenzement, Puzzolanzement und/oder Kompositzement zugesetzt wird.
9. Erhärtende Bohrspülungen für das Horizontalbohrverfahren dadurch gekennzeichnet, dass o. g. Trockenfertigmischung nach Ansprüchen 1.-9. mit Wasser intensiv vermischt und auf eine für das Horizontalbohrverfahren geeignete Konsistenz eingestellt wird.
10. Erhärtende Bohrspülungen für das Horizontalbohrverfahren nach Anspruch 10., dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension als Bohrspülung eingesetzt wird, nach Ende der Bohrung und des Rohreinzugs im Ringraum verbleibt und dort erhärtet.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20217167U DE20217167U1 (de) | 2002-11-05 | 2002-11-05 | Selbsterhärtende Bohrspülung für das Horizontalbohren |
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|---|---|---|---|
| DE20217167U DE20217167U1 (de) | 2002-11-05 | 2002-11-05 | Selbsterhärtende Bohrspülung für das Horizontalbohren |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE20217167U1 true DE20217167U1 (de) | 2003-06-18 |
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ID=7976713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE20217167U Expired - Lifetime DE20217167U1 (de) | 2002-11-05 | 2002-11-05 | Selbsterhärtende Bohrspülung für das Horizontalbohren |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE20217167U1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007116196A1 (en) * | 2006-04-11 | 2007-10-18 | Halliburton Energy Services, Inc. | Settable drilling fluids comprising cement kiln dust and methods of using them |
| DE102015103600A1 (de) * | 2015-03-11 | 2016-09-15 | Max Wild Gmbh | Verfahren zur Aufbereitung von Bohrschlamm |
-
2002
- 2002-11-05 DE DE20217167U patent/DE20217167U1/de not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007116196A1 (en) * | 2006-04-11 | 2007-10-18 | Halliburton Energy Services, Inc. | Settable drilling fluids comprising cement kiln dust and methods of using them |
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