DE3035876C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schaffen einer unterirdischen Verrohrung längs einer gekrümmten Bahn. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erweitern eines einer unterirdischen, gekrümmten Bahn folgenden Bohrlochs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In jüngerer Zeit sind Methoden entwickelt worden, um Produktionsverrohrungen, Führungen oder Strömungsleitungen unter Flüssen oder anderen Hindernissen hindurch zu verlegen, ohne daß dazu das Flußbett trockengelegt, ein Graben ausgehoben oder das Hindernis auf andere Weise abgeändert werden muß, siehe z. B. US-PS 38 78 903. Statt dessen wird zunächst ein Führungsloch von einer Stelle an der Oberfläche an einer Seite des Hindernisses bis zu einer Stelle an der Oberfläche auf der anderen Seite gebohrt. Beim Bohren des Führungslochs wird ein Spülrohr mit größerem Innendurchmesser als dem Außendurchmesser des Bohrgestänges hinter dem Kopf des Bohrgestänges vorgetrieben, wobei es das Bohrgestänge umgibt, siehe z. B. US-PS 40 03 440. Dann wird durch das Führungsloch zum Aufweiten des Lochs auf einen größeren Durchmesser eine Aufweitevorrichtung bzw. ein Ausräumer hindurchgeschoben oder gezogen. Unmittelbar hinter dem Ausräumer wird die Produktionsverrohrung unter Druck in das Loch eingebracht und folgt dem Ausräumer längs des Bohrlochs, siehe z. B. US-PS 38 94 402, 40 43 136 und 40 91 631.

Bei bekannten Verfahren zum Bohren des Führungslochs sind bisher Bohrgestänge mit gleichmäßigem Außendurchmesser ohne äußere Vorsprünge an den Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Längen oder an anderer Stelle längs des Gestänges benutzt worden. Die Verbindungen sind also verhältnismäßig schwach, und das ganze Bohrgestänge neigt dazu, während des Bohrens des Führungslochs häufig festzufahren oder zu klemmen.

Die oben erwähnte US-PS 38 94 402 zeigt ein Verfahren zum Schaffen einer unterirdischen Verrohrung längs einer gekrümmten Bahn, bei dem gemäß dem Merkmal (a) des Patentanspruchs 1 ein Führungsloch durch den Boden gebohrt wird. Von einer weiteren Verrohrung wird dann eine Schneidvorrichtung in das vorgebaute Führungsloch gestoßen, wobei die weitere Verrohrung gedreht wird, damit die Schneidvorrichtung das für die Verrohrung ausreichend große Bohrloch schafft. Die Aufweitung erfolgt auf einen Durchmesser, der etwas größer ist als die endgültige Verrohrung, damit durch den Ringraum zwischen der Verrohrung und dem Bohrloch Bohrschlamm abfließen kann.

Die US-PS 40 51 911 beschreibt ein Verfahren, bei dem ebenfalls zunächst ein Führungsloch geschaffen wird, welches anschließend durch Bohren mit einem das Bohrgestänge mit dem Führungsbohrer umfassenden Spülrohr erweitert wird. Das Führungsrohr ist ein torsionsstabiles Rohr, mit dessen Hilfe eine Schneidvorrichtung zum Aufweiten der Bohrung auf die Sollgröße angetrieben werden kann.

Bei diesen bekannten Verfahren wird nach dem Bohren eines Führungslochs die Erweiterung auf die endgültige Bohrlochgröße dadurch geschaffen, daß ein Schneidwerkzeug drehend entlang dem Führungsloch getrieben wird. Dies führt insbesondere bei relativ langen Bohrlöchern dazu, daß das Bohrgestänge dazu neigt, während des Bohrens festzufahren oder zu klemmen. Ferner wurde beobachtet, daß die Schneidvorrichtung nicht dem vorgesehenen, vom Führungsloch vorgegebenen Verlauf folgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schaffen einer unterirdischen Verrohrung längs einer gekrümmten Bahn und eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens anzugeben, mit denen ein Bohrloch geschaffen werden kann, welches sehr genau dem gewünschten Verlauf entspricht.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 bzw. 9 angegeben, wobei in den Unteransprüchen vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung angegeben sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst die gewünschte Bahn durch Bohren mit dem Führungsbohrer definiert. Anschließend wird die Schneidvorrichtung eingesetzt, und zwar in umgekehrter Richtung, also zum Bahnanfang hin, wobei die Schneidvorrichtung gezogen und gleichzeitig gedreht wird. Dabei wird das zu verlegende Rohr mitgezogen, bis es die gesamte Bohrung belegt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird - wie im Stand der Technik - von einer Schneidvorrichtung zum Erweitern des Durchmessers des Bohrlochs Gebrauch gemacht. Zusätzlich aber ist erfindungsgemäß eine Aufweitevorrichtung vorgesehen, die einen etwas geringeren Durchmesser hat als die Schneidvorrichtung und an letztere in gewissem Abstand folgend angeschlossen ist.

Der Kopf des Spülrohres ist mit Schneidkanten versehen, die das Führungsloch auf einen größeren Durchmesser als dem des Spülrohres aufweiten. Dadurch entsteht ein Ringraum zwischen dem aufgeweiteten Führungsloch und dem Spülrohr. Während des Vortriebs des Spülrohres wird durch den inneren Ringraum zwischen dem Spülrohr und dem Bohrgestänge Bohrschlamm zugeführt, um von den Schneidkanten gelöstes Bohrklein mitzureißen und durch den äußeren Ringraum zwischen dem aufgeweiteten Führungsloch und dem Spülrohr zurückfließen zu lassen. Dadurch wird verhindert, daß sich Bohrklein im Spülrohr am führenden Ende ansammelt und dessen Vortrieb behindert.

Beim Aufweiten des Führungslochs und Verlegen der Produktionsverrohrung wird die Austrittsstelle des Bohrgestänges zur Eingangsstelle der Schneidvorrichtung und der Produktionsverrohrung. Die Schneidvorrichtung wird gedreht und durch das Führungsloch gezogen, typischerweise mit Hilfe des Spülrohres, und gefolgt durch die sich nichtdrehende Produktionsverrohrung. Bohrschlamm wird so zugeführt, daß er an der Schneidvorrichtung austritt und das Bohrklein mitreißt.

Durch Zuführen von Schlamm mit hohem Druck steht eine Schmierung beim Einführen der Produktionsverrohrung zur Verfügung, und die Schneidvorrichtung und die Produktionsverrohrung können ohne Einbeißen des Spülrohres in das Erdreich durch das Loch gezogen werden und längs des ursprünglichen Bohrverlaufs austreten.

Wenn die Aufweitevorrichtung durch das Führungsloch gezogen wird, wird das Loch von der Schneidvorrichtung auf einen größeren Durchmesser als dem der Aufweitevorrichtung erweitert und das von der Schneidvorrichtung erbohrte Bohrklein im Bohrschlamm mitgerissen.

Die Aufweitevorrichtung mit kleinerem Durchmesser drängt den Bohrschlamm und das mitgerissene Bohrklein in den Ringraum zwischen sich und den Seiten des erweiterten Lochs, so daß ein konzentrischer Ring aus Schlamm und Bohrklein um das Innere des erweiterten Lochs entsteht, während eine konzentrische Öffnung innerhalb dieses Ringes verbleibt, durch die die Produktionsverrohrung hindurchgeführt werden kann. Der Ring aus Bohrschlamm und mitgerissenem Bohrklein wirkt wie eine Buchse im konzentrischen Ringraum zwischen der Produktionsverrohrung und dem Loch und liefert eine Schmierung für den Vortrieb der Produktionsverrohrung mit noch kleinerem Durchmesser. Da das führende Ende der Verrohrung geschlossen ist, können Schlamm und Bohrklein nicht in die Verrohrung eintreten.

Wenn die nicht in Umdrehung versetzte Produktionsverrohrung längs des Bohrverlaufs hinter der sich drehenden Aufweitevorrichtung gezogen wird, wird die restliche Länge des ersten Abschnitts der Produktionsverrohrung außerhalb des Bohrlochs auf den sie abstützenden Rollen zu der Stelle gezogen, an der die Verrohrung in das Bohrloch eintritt. Derjenige Teil der Verrohrung, der zwischen den Rollen liegt, wird horizontal zum Bohrloch vorwärtsbewegt, während derjenige Teil der Verrohrung, der zwischen den dem Bohrloch am nächsten liegenden Rollen und der Eintrittsstelle des Lochs liegt, sich aufgrund der Schwerkraft zur Eingangsstelle biegt und in einem nach unten geneigten Winkel zum Loch bewegt wird und in das Loch eintritt. Das Gewicht des nach unten abgewinkelten Teils der Verrohrung hilft mit, die Verrohrung in das Loch zu drängen und verringert die Kraft, die nötig ist, um die Schneidvorrichtung und die nachfolgende Verrohrung durch das Loch zu ziehen.

Durch das Ausnutzen des Gewichtes eines Teils der Produktionsverrohrung zum Hineindrängen der Verrohrung in das Bohrloch erübrigt sich die Notwendigkeit für eine angetriebene Einrichtung zum Einbringen der Verrohrung unter Druck in das Loch hinter dem Ausräumer. Da sich die vorgetriebene Verrohrung gegenüber der horizontalen Bahn längs der Rollen zu einem Eingangswinkel ins Loch über die gesamte Entfernung von den der Eingangsstelle am nächsten liegenden Rollen bis zur Eingangsstelle selbst biegen kann, ist die Verrohrung einer viel geringeren Scherbeanspruchung ausgesetzt und die Gefahr einer Beschädigung oder eines Versagens der Verrohrung viel geringer, als wenn die Verrohrung unmittelbar vor dem Loch auf dem Erdboden läge und sich über ein verhältnismäßig kurzes Stück in das Loch hineinbiegen müßte.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Schnitt zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Bohren eines Führungslochs längs einer umgekehrt gekrümmten Bahn unter einem Hindernis hindurch,

Fig. 1A eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in Fig. 1 benutzten Bohrgestänges,

Fig. 2 eine Seitenansicht des führenden Endes der Bohrvorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 2A ein Schema zur Erläuterung des Vortriebs des Bohrgestänges in das Loch beim Bohren des Führungslochs,

Fig. 2B ein Schema zur Erläuterung des Vortriebs des Spülrohres in das Loch beim Bohren des Führungslochs,

Fig. 3 einen Längsschnitt zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Aufweiten des Führungslochs und Verlegen einer Produktionsverrohrung längs des erweiterten Lochs,

Fig. 4 eine Ansicht des führenden Endes der Aufweitevorrichtung und Produktionsverrohrung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Stirnansicht des führenden Endes der Aufweitevorrichtung gemäß Fig. 3 und 4,

Fig. 6 einen Längsschnitt zur Erläuterung eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem der Aufweitevorgang ohne Einbau der Produktionsverrohrung durchgeführt wird.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird davon ausgegangen, einen Wasserlauf 10 zu unterqueren, wobei von einer Eingangsstelle 12 an der Oberfläche des Erdbodens zu einer Ausgangsstelle 14 jenseits eines Bauwerks 16 an der anderen Seite des Wasserlaufs gebohrt werden soll. Mit gestrichelten Linien ist der gewünschte Verlauf 18 gezeigt. Dieser kann entweder einen Bogen mit konstantem Radius oder eine Bahn von komplexer Krümmung aufweisen. Längs des Verlaufs 18 wird ein Führungsloch mittels eines Führungs- oder Richtungsbohrers 20 gebohrt, der von Schlamm angetrieben wird, welcher durch ein nachlaufendes Bohrgestänge 22 gepumpt wird, das sich durch das gebohrte Loch erstreckt und an der Eingangsstelle 12 an die Oberfläche tritt. Der Richtungsbohrer 20 kann gemäß US-PS 38 78 903 gesteuert sein.

Von einer Stelle im wesentlichen hinter dem Richtungsbohrer 20 bis zur Eingangsstelle 12 des gebohrten Lochs reicht ein Spülrohr 24, welches einen größeren Durchmesser hat als das Bohrgestänge 22, so daß das Spülrohr das Bohrgestänge innerhalb des Bohrlochs mit Abstand umgibt. Als Spülrohr 24 wird typischerweise ein herkömmliches Bohrrohr mit einem Durchmesser von 12,7 cm oder mehr benutzt. Während der Bohrarbeit längs des gekrümmten Verlaufs 18 wird zur Überwachung ein Vermessungsgerät von bekannter Art periodisch in das Bohrgestänge 22 bis zu einer Stelle unmittelbar hinter dem Richtungsbohrer 20 eingeführt, um die jeweilige Stellung des Richtungsbohrers festzustellen. Um die Arbeit des Vermessungsgerätes nicht zu stören, muß das Spülrohr 24 in ausreichendem Abstand, typischerweise mindestens 30,5 m hinter dem Richtungsbohrer 20 angeordnet sein, was meistens so geschieht, daß das Führungsloch ein gewisses Stück weit gebohrt wird, ehe mit dem Einsetzen des Spülrohres begonnen wird. Üblicherweise wird das Spülrohr 24 nicht vorgetrieben, bis das Bohrgestänge 22 beginnt, im Loch hängenzubleiben. Das Bohrgestänge 22 wird entweder ein gewünschtes Stück oder bis es hängenbleibt, vorgetrieben, und der Vortrieb des Bohrgestänges 22 wird angehalten, während das Spülrohr 24 um das Bohrgestänge 22 herum vorgetrieben wird, wobei das führende Ende des Spülrohrs 24 stets in gewissem Abstand hinter dem führenden Ende des Bohrgestänges 22 bleibt. Dann wird der Vortrieb des Spülrohrs 24 angehalten, während das Bohrgestänge 22 erneut vorgetrieben wird, bis es wieder hängenbleibt.

An der Eingangsstelle 12 des gebohrten Lochs in das Erdreich wird ein geneigtes Bohrgerüst 26 in einem schrägverlaufenden Loch 28 angeordnet. Um das Bohren des Lochs zu erleichtern erstreckt sich die Stirnfläche 30 des Lochs 28 senkrecht zur Ursprungsrichtung der Bahn in den Boden.

In Fig. 1A ist ein Teil des Bohrgestänges 22 im einzelnen dargestellt. Wie aus der Figur hervorgeht, hat jeder Abschnitt bzw. jede Länge, z. B. die Länge 31 des Bohrgestänges 22 an jedem Ende eine Verdickung 37, wodurch jede Bohrgestängelänge an jedem Ende einen etwas, z. B. ca. 9,52 mm größeren Außendurchmesser als in der Mitte hat. Beim Zusammenfügen dieser Längen entsteht ein Bohrgestänge 22 mit einem einstückig mit ihm ausgebildeten konzentrischen Kragen 35 an jeder Verbindungsstelle 33 zwischen den einzelnen Längen. Hierdurch wird eine festere Verbindung an jeder Verbindungsstelle 33 geschaffen, und während des Bohrens des Führungslochs tragen die Kragen 35 dazu bei, das Loch in seiner Größe zu bestimmen und verhindern, daß das Bohrgestänge 22 so oft hängenbleibt.

Das führende Ende der Bohrvorrichtung gemäß Fig. 1 ist im einzelnen in Fig. 2 gezeigt. Der Richtungsbohrer 20 arbeitet mit einem führenden Bohrmeißel 40, welcher durch Bohrschlamm angetrieben wird, der durch das Bohrgestänge 22 zugeführt wird. Wenn der Bohrmeißel 40 längs der gewünschten gekrümmten Bahn den Untergrund erbohrt, wird die Bohrmasse vom Bohrschlamm mitgerissen, der in dem kleinen Ringraum 42, welcher das Bohrgestänge 22 umgibt, zurück und in den Ringraum und durch den Ringraum 46 zwischen dem Bohrgestänge 22 und dem Spülrohr 24 fließt.

Das führende Ende des Spülrohrs 24 ist vergrößert und mit Schneidkanten 45 besetzt, die das Führungsloch auf einen größeren Durchmesser als dem des Spülrohres aufweiten. Wenn das Spülrohr 24 z. B. einen Durchmesser von 12,7 cm hat, können die Schneidkanten 45 des Führungsloch auf einen Durchmesser von 19,0 cm aufweiten. Hierdurch entsteht ein äußerer Ringraum 49 zwischen dem aufgeweiteten Führungsloch und dem Spülrohr 24. Beim Vortrieb des Spülrohres 24 wird durch den inneren Ringraum 46 zwischen dem Bohrgestänge 22 und dem Spülrohr 24 Bohrschlamm zugeführt, wie durch Pfeile 48 angedeutet. Der Bohrschlamm reißt das von den Schneidkanten 45 gelöste Bohrklein mit und trägt es durch den äußeren Ringraum 49 zurück, wie durch Pfeil 50 angedeutet. Dadurch wird verhindert, daß sich Bohrklein am führenden Ende des Spülrohres 24 ansammelt und dessen Vortrieb behindert.

In Fig. 2A ist ein Verfahren zum Vortrieb des Bohrgestänges 22 mehr im einzelnen gezeigt. Das nachlaufende Ende des Bohrgestänges 22 ist in einem Futter am Bohrgerüst 26 befestigt. (Ein Ausführungsbeispiel eines geeigneten Bohrgerüstes 26 geht aus US-PS 40 51 911 und 40 78 617 hervor.) Das Bohrgerüst 26 wird längs einer Rampe 52 nach unten bewegt, wie durch Pfeil 55 angedeutet, um das Bohrgestänge 22 in das Loch zu drängen. Dabei wird Bohrschlamm durch eine Leitung 53, das Bohrgerüst 26 und das Bohrgestänge 22 hinabgepumpt, wie durch Pfeil 54 angedeutet. Wenn das Bohrgerüst 26 die Rampe 52 an ihrem unteren Ende 56 erreicht, wird es auf der Rampe 52 in die in Fig. 2A gezeigte Stellung zurückgezogen. Damit ist das Bohrgerüst 26 zum Befestigen einer weiteren Länge Bohrgestänge am hinteren Ende des Bohrgestänges 22 zum erneuten Vortrieb des Bohrgestänges oder zum Befestigen einer weiteren Länge Spülrohr am hinteren Ende des Spülrohrs 24 zum Vortrieb des Spülrohrs bereit.

In Fig. 2B ist ein Verfahren zum Vortrieb des Spülrohrs 24 im einzelnen gezeigt. Das hintere Ende des Spülrohres 24 ist in einem Futter am Bohrgerüst 26 befestigt. Das Bohrgerüst 26 wird längs der Rampe 52 abwärtsbewegt, wie durch Pfeil 55 angedeutet, um das Spülrohr 24 in das Loch zu drängen. Dabei wird durch die Leitung 53, das Bohrgerüst 26 und das Spülrohr 24 Bohrschlamm hinabgepumpt, wie durch Pfeil 57 angedeutet. Wenn das Bohrgerüst 26 das untere Ende 56 der Rampe 52 erreicht, wird es längs der Rampe 52 in die in Fig. 2B gezeigte Stellung zurückgezogen. Das Bohrgerüst 26 ist nun zur Befestigung einer weiteren Länge Spülrohr am hinteren Ende des Spülrohrs 24 zum erneuten Vortrieb des Spülrohrs oder zum Befestigen einer weiteren Länge Bohrgestänge am hinteren Ende des Bohrgestänges 22 zum erneuten Vortrieb des Bohrgestänges bereit.

Wenn, wie Fig. 1 zeigt, das Bohrgestänge 22 die Oberfläche an der anderen Seite des Wasserlaufs 10 an der Ausgangsstelle 14 erreicht, wird das Spülrohr 24 vorgetrieben, um an der Ausgangsstelle 14 auszutreten. Dann wird das Bohrgestänge 22 aus dem Führungsloch herausgezogen, so daß das Spülrohr das ganze Führungsloch von der Eingangsstelle 12 bis zur Ausgangsstelle 14 einnimmt.

Um den in Fig. 3 gezeigten Aufweite- und Einbauvorgang vorzubereiten, wird am Spülrohr 24 eine Schneidvorrichtung 60 befestigt, an deren anderem Ende eine Aufweitevorrichtung 66 unter Zwischenschaltung eines Stücks Spülrohr 64 zum Herstellen eines Abstandes befestigt. Die Teile 60 und 66 sollten vorzugsweise um einen Abstand voneinander entfernt sein, der 5- bis 15mal dem Durchmesser des aufgeweiteten Lochs entspricht. Wenn das Loch beispielsweise 91,44 cm Durchmesser hat, werden gute Ergebnisse bei einem Abstand von 9,14 m erzielt. Am anderen Ende der Aufweitevorrichtung 66 ist eine Produktionsverrohrung, eine Führung oder ein Strömungsrohr, kurz gesagt eine Verrohrung 70 über ein Drehteil 68 befestigt, welches eine Drehbewegung der Verrohrung 70 beim Aufweiten und Verlegen verhindert. Die Verrohrung 70 ist an ihrem führenden Ende 69 geschlossen, um das Eintreten von Schlamm und Bohrklein während des Aufweitens und Verlegens zu vermeiden. Da das Loch manchmal Wasser oder Schlamm enthält, muß die Verrohrung 70 so gewichtsbelastet sein, daß ihr Auftrieb neutralisiert wird, damit sie im Loch schwimmt, was den Einbau erleichtert und Beschädigungen der Verrohrung auf ein Minimum einschränkt, wie in US-PS 38 94 402 beschrieben.

Die restliche Länge des ersten Abschnitts der Verrohrung 70 ist mit dem Führungsloch ausgerichtet ein Stück oberhalb des Erdbodens auf Rollen 80 und 81 abgestützt, die jenseits der Ausgangsstelle 14 des Führungslochs angeordnet sind. Obwohl hier nur zwei Rollen gezeigt sind, können auch mehr vorgesehen sein. Der erste Abschnitt der Verrohrung 70 besteht aus einer Vielzahl Stirn an Stirn vereinigter Bohrlängen, z. B. den Abschnitten 83.

Der erste Abschnitt der Verrohrung 70 kann auch die gesamte Länge der einzubauenden Verrohrung ausmachen, kann jedoch dann unhandlich sein. Folglich ist es unter Umständen erwünscht, einen oder mehrere zusätzliche Abschnitte Verrohrung, z. B. den Abschnitt 82 vorzusehen. Der Abschnitt 82 wird mit dem hinteren Ende der Verrohrung 70 verbunden, wenn der größte Teil der Verrohrung 70 längs der Aufweitstrecke 61 verlegt worden ist. Wenn nötig, können auch weitere Abschnitte der Produktionsverrohrung wie der Abschnitt 82 gefertigt werden.

In Fig. 4 und 5 sind die Schneidvorrichtung und die Aufweitevorrichtung im einzelnen gezeigt. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, hat die Schneidvorrichtung 60 einen größeren Durchmesser als die Aufweitevorrichtung 66. Gemäß Fig. 5 weist die Schneidvorrichtung 60 an der Stirnseite eine Vielzahl Schneidzähne oder Räumzähne 62 und eine Vielzahl Löcher 72 auf, durch die Bohrschlamm austritt, um das von der Schneidvorrichtung gelöste Bohrklein mitzunehmen. Als Schneidvorrichtung 60 wird vorzugsweise ein nach Art eines Nutenfräsers arbeitendes Werkzeug von verhältnismäßig kleiner Länge verwendet, der in Längsrichtung Öffnungen 59 hat, wie Fig. 5 zeigt, durch die der Bohrschlamm und mitgerissenes Bohrklein in das aufgeweitete Loch gelangen können. Gemäß Fig. 4 hat die Schneidvorrichtung 66 ein kleineres führendes Ende, welches gleichfalls mit Räumzähnen 78 besetzt ist. Wahlweise sind in der Aufweitevorrichtung 66 Öffnungen 89 vorgesehen, die dann zusätzlich zu den Öffnungen 72 in der Schneidvorrichtung 60 Auslaßöffnungen für Bohrschlamm bilden. Als Aufweitevorrichtung 66 wird typischerweise ein schwimmendes Werkzeug benutzt, welches im wesentlichen neutralen Auftrieb in Bohrschlamm hat und ca. 4,5 kg pro 3,7 l wiegt, so daß es schwimmend durch das aufgeweitete Loch bewegt wird. Das hintere Ende der Aufweitevorrichtung 66 ist üblicherweise zylindrisch und hat einen kleineren Durchmesser als die Schneidvorrichtung 60 aber einen größeren Durchmesser als die Verrohrung 70. Die Schneidvorrichtung 60 kann z. B. einen Durchmesser von 91,4 cm, die Aufweitevorrichtung 66 einen Durchmesser von 76,2 cm und die Verrohrung 70 einen Durchmesser von 60,9 cm haben.

Das Aufweiten und Verlegen der Verrohrung 70 geschieht insgesamt so wie in Fig. 3 gezeigt. Mit Hilfe des Bohrgerüstes 26 wird das Spülrohr 24 gedreht und in Richtung eines Pfeiles 75 durch das Führungsloch gezogen. Die Teile 60 und 66 werden mitgedreht und von dem sich drehenden Spülrohr längs der Aufweitstrecke 61 gezogen. Das Drehteil 68 zieht die Verrohrung 70 hinter der Aufweitevorrichtung 66 entlang, wobei eine Drehbewegung der Verrohrung 70 gemeinsam mit den Werkzeugen verhindert wird, so daß die Verrohrung keiner Torsionsbeanspruchung ausgesetzt ist, die durch eine Drehbewegung hervorgerufen würde. Bohrschlamm wird so geliefert, daß er vom Bohrgerüst 26 durch das Spülrohr 24 fließt und an der Schneidvorrichtung 60 sowie wahlweise auch an der Aufweitevorrichtung 66 austritt.

An den Werkzeugen muß genügend Bohrschlamm zur Verfügung stehen, um den Vortrieb der Verrohrung 70 zu schmieren. Wenn zu wenig Schmierung vorhanden ist, ist die Kraft, die auf das Spülrohr 24 ausgeübt werden muß, um die die Schneidvorrichtung, Aufweitevorrichtung und Verrohrung 70 längs der Aufweitstrecke 61 zu ziehen, so groß, daß das Spülrohr 24 in das Erdreich einschneidet und bewirkt, daß die Werkzeuge und die Verrohrung 70 die Aufweitstrecke 61 verlassen. Es hat sich z. B. erwiesen, daß bei Benutzung einer Pumpe, die 2495 Liter Bohrschlamm in der Minute zu den Werkzeugen mit einem Druck von 62,05 bis 75,84 bar fördert, eine ausreichende Schmierung zum Einbau einer Produktionsverrohrung mit einem Durchmesser von 60,9 cm erzeugt.

Die Schneidvorrichtung 60, die Aufweitevorrichtung und Verrohrung werden üblicherweise am Ende des Spülrohes an der Ausgangsstelle 14 befestigt. Jedoch ist auch eine Befestigung am Ende des Spülrohrs an der Eingangsstelle 12 möglich. In diesem Fall erfolgt das Aufweiten und Verlegen in entgegengesetzter Richtung zu Fig. 3. Natürlich ist es dann nötig, das Bohrgerüst 26 oder ein ähnliches an der Ausgangsstelle 14 statt an der Eingangsstelle 12 wie in Fig. 3 gezeigt vorzusehen.

Die Aufweitearbeit und das Verlegen der Verrohrung ist im einzelnen in Fig. 4 erkennbar. Wenn die Vorrichtung gedreht und mit Hilfe des Spülrohres 24 in Richtung des Pfeiles 75 längs der Aufweitstrecke 61 gezogen wird, erweitern die Räumzähne 62 des ersten Ausräumers 60 das Führungsloch 77 zu einem Durchmesser, der größer ist als der der Verrohrung 70. In Richtung des Pfeiles 76 durch das Spülrohr 24 gepumpter Bohrschlamm 74 tritt durch die Öffnungen 72 in der Schneidvorrichtung 60 (siehe Fig. 5) aus, um von den Räumzähnen 62 gelöstes Bohrklein mitzunehmen. Der zwischen der Schneidvorrichtung 60 und der Aufweitevorrichtung 66 durch das Stück Spülrohr 64 bestimmte Abstand ermöglicht es, daß sich das Bohrklein innerhalb des Bohrschlamms in einem Raum 65 trennt, so daß ein exakteres Loch erzeugt wird. Die Räumzähne 78 an der Aufweitevorrichtung 66 brechen die erbohrte Masse weiter auf und verteilen sie. Wahlweise kann durch eine Nabe 67 der Schneidvorrichtung 60 hindurch ein offener Durchlaß zur Verfügung stehen, so daß ein Teil des Bohrschlamms 74 längs der Nabe 67 und des Stücks Spülrohr 64 weiterströmt, um an den wahlweise vorgesehenen Öffnungen 89 in der Aufweitevorrichtung 66 auszutreten. Die Aufweitevorrichtung 66, die einen kleineren Durchmesser hat als die Schneidvorrichtung 60 und einen größeren Durchmesser als die Verrohrung 70, zwingt den Bohrschlamm und das mitgerissene Bohrklein in einen Ringraum 71. Der Bohrschlamm und das Bohrklein bilden einen konzentrischen Ring 63 um die Innenseite des aufgeweiteten Lochs herum und lassen innerhalb dieses Ringes eine konzentrische Öffnung 79 frei, durch die die Produktionsverrohrung mit noch kleinerem Durchmesser geführt werden kann. Die Verrohrung 70, die einen kleineren Durchmesser hat als die Schneidvorrichtung 60 und die Aufweitevorrichtung 66, wird mit Hilfe des Drehteils 68 in das aufgeweitete Loch hinter der Aufweitevorrichtung 66 gezogen. Dabei verhindert das Drehteil 68, daß sich die Verrohrung 70 dreht. Der Ring 63 aus Schlamm und Bohrklein wirkt wie eine Buchse in dem konzentrischen Ringraum 73 zwischen der Verrohrung 70 und den Seitenwänden des aufgeweiteten Lochs, um eine Schmierung beim Vortrieb der Verrohrung 70 zu schaffen. Da das führende Ende 69 der Verrohrung 70 geschlossen ist, können Schlamm und Bohrklein nicht in die Verrohrung eintreten.

Während die nicht in Umdrehung versetzte Verrohrung 70 gemäß Fig. 3 längs der Aufweitstrecke 61 hinter der Aufweitevorrichtung 66 entlanggezogen wird, wird das Stück des ersten Abschnitts der Verrohrung 70, der außerhalb des Lochs liegt, auf den Rollen 80 und 81 zur Ausgangsstelle 14 entlanggezogen, wo die Verrohrung in das Loch eintritt. Der Abstand zwischen den Rollen 80 und 81 hängt von der Festigkeit und den Eigenschaften der Produktionsverrohrung ab. Der Abstand muß kurz genug sein, so daß der sich zwischen den Rollen 80 und 81 erstreckende, nichtabgestützte Teil 86 der Verrohrung aufgrund seines eigenen Gewichtes keiner so starken Beanspruchung ausgesetzt ist, daß eine Gefahr der Beschädigung der Verrohrung besteht. Der zwischen den Rollen 80 und 81 liegende Teil 86 der Produktionsverrohrung wird horizontal vorwärtsbewegt, während der sich zwischen den Rollen 81 und der Ausgangsstelle 14 erstreckende Teil 88 der Produktionsverrohrung sich zur Ausgangsstelle 14 biegt und unter einem abwärtsgerichteten Winkel vorwärtsbewegt wird, um an der Ausgangsstelle 14 in das Loch einzutreten. Das Gewicht des abwärts abgewinkelten Teils 88 der Produktionsverrohrung, der sich zwischen den Rollen 81 und der Ausgangsstelle 14 erstreckt, hilft mit, die Verrohrung 70 in das Loch zu drängen und reduziert die zum Ziehen der Verrohrung längs der Aufweitstrecke 61 benötigte Kraft. Der Vortrieb der Verrohrung 70 wird ferner durch das Gewicht desjenigen Teils 90 der Verrohrung erleichtert, der sich innerhalb des Lochs längs des nach unten im Winkel verlaufenden Abschnitts der Aufweitstrecke 61 erstreckt.

Durch das Ausnutzen des Gewichtes eines Teils der Verrohrung zum Eindringen der Verrohrung in das Loch erübrigt sich die Notwendigkeit für eine angetriebene Einrichtung zum Einbringen der Verrohrung 70 unter Druck in das Loch hinter der Aufweitevorrichtung wie bei bekannten Verfahren. Da sich außerdem die Verrohrung 70 aus ihrer horizontalen Bahn längs der Rollen 80 und 81 zur Ausgangsstelle 14 längs der ganzen Länge des Teils 88 der Produktionsverrohrung zwischen den Rollen 81 und der Ausgangsstelle 14 nach unten biegt, ist die Scherbeanspruchung der Verrohrung und die Gefahr einer Beschädigung oder eines Versagens der Verrohrung viel geringer als wenn die Verrohrung 70 unmittelbar vor der Ausgangsstelle 14 auf dem Erdboden läge und sich über ein verhältnismäßig kurzes Stück in das Loch biegen müßte.

Wenn der größte Teil des ersten Abschnitts der Verrohrung 70 in das Loch gezogen worden ist, wird das hintere Ende der Verrohrung 70 von den Rollen 80 und 81 abgehoben und auf den Boden gelegt und dann mit dem hinteren Ende der Verrohrung 70 der Abschnitt 82 der Produktionsverrohrung verbunden. Danach wird die Verrohrung erneut auf die Rollen angehoben und das Aufweiten und Verlegen fortgesetzt. Da die Verrohrung 70 und der Abschnitt 82 aus vielen Rohrlängen bestehen, wie beispielsweise mit 83 gekennzeichnet, braucht der Einbauvorgang nicht oft unterbrochen zu werden, um weitere Längen am hinteren Ende der aus dem Loch ragenden Verrohrung anzubringen.

Als alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Aufweitevorgang auch ohne an der Aufweitevorrichtung 66 befestigter Verrohrung 70 durchgeführt werden. Darauf folgt dann ein zweiter Aufweitevorgang, bei dem die Produktionsverrohrung angebracht ist, um den Einbau zu vervollständigen. Bei dem ersten Aufweitevorgang gemäß Fig. 6 wird am hinteren Ende der Aufweitevorrichtung 66 eine Spülrohrlänge 93 befestigt. Wenn die Aufweitevorrichtung und das nachlaufende Spülrohr längs der Aufweitstrecke 61 gezogen wird, werden weitere Spülrohrlängen, z. B. die Spülrohrlänge 94 am hinteren Ende der Spülrohrlänge 93 angebracht, um einen Spülrohrstrang 92 zu bilden. Bei ihrem Austritt aus der Eingangsstelle12 werden vom führenden Spülrohr 24 jeweils Längen abgenommen. Wenn der Aufweitevorgang beendet ist und die Aufweitevorrichtung die Eingangsstelle 12 erreicht, wird sie vom Spülrohrstrang 92 abgenommen und oberirdisch zur Ausgangsstelle 14 transportiert, um dort am Ende des Spülrohrstranges 92 befestigt zu werden, wo dieser an der Ausgangsstelle 14 aus dem aufgeweiteten Loch austritt. Wie oben beschrieben und in Fig. 3 gezeigt, wird das Drehteil 68 und die Verrohrung 70 an der Aufweitevorrichtung 66 befestigt. Der Spülrohrstrang 92 wirkt beim zweiten Aufweitevorgang, bei dem auch die Produktionsverrohrung verlegt wird, und der wie oben beschrieben und in Fig. 3 und 4 gezeigt vor sich geht, als Spülrohr 24.

Es ist auch möglich, den Spülrohrstrang 92 zum Zurückziehen der Aufweitevorrichtung durch das aufgeweitete Loch von der Eingangsstelle 12 zur Ausgangsstelle 14 zu benutzen, wenn der erste Aufweitevorgang beendet ist, statt die Aufweitevorrichtung oberirdisch zur Ausgangsstelle 14 zu transportieren. Wenn die Aufweitevorrichtung durch das aufgeweitete Loch zurückgezogen wird, werden die beim Aufweiten an der Eingangsstelle 12 zuvor vom Spülrohr 24 angenommenen Längen an dem nunmehr nachlaufenden Ende des Spülrohrs 24 an der Eingangsstelle 12 erneut befestigt, so daß sich wiederum ein Spülrohr 24 von der Eingangsstelle 12 zur Ausgangsstelle 14 in einem erweiterten Loch 95 erstreckt. Vom Spülrohrstrang 92 werden beim Austritt an der Ausgangsstelle 14 Längen abgenommen, und wenn die Ausräumvorrichtung die Ausgangsstelle 14 erreicht, wird die Spülrohrlänge 93 entfernt. Dann wird das Drehteil 68 und die Verrohrung 70 an der Aufweitevorrichtung 66 angebracht und ein zweiter Aufweitevorgang unter Verlegung der Produktionsverrohrung durchgeführt, wie oben beschrieben und in Fig. 3 und 4 gezeigt.

Obgleich die vorliegende Beschreibung davon ausgeht, daß der beim Arbeiten benutzte Bohrschlamm durch das gebohrte Loch zum Eingang des Lochs zurückfließt, wobei er Bohrklein mitnimmt, wird bei vielen Bodenformationen wenig oder gar kein Rückfluß erhalten. Bei sehr porösen oder nichtverdichteten Formationen kann das Bohrklein und der Hauptbestandteil des Bohrschlamms in die Erdschicht der Umgebung gedrängt werden, wo er eine rohrförmige Buchse um das Bohrrohr, das Spülrohr, die Schneidvorrichtung oder die Verrohrung bildet. Bei demjenigen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Loch zunächst ohne Verrohrung aufgeweitet wird, worauf ein zweiter Aufweitevorgang und das Hindurchziehen der Verrohrung folgt, kann eine solche Buchse im ersten Aufweitevorgang geschaffen werden, was das Hindurchführen des Ausräumers und der Verrohrung beim zweiten Aufweitevorgang erleichtert. Durch das Schmiervermögen des beim zweiten Aufweitevorgang hindurchgepumpten Bohrschlamms wird es sehr viel leichter, die Verrohrung durch diese rohrförmige Buchse zu ziehen. Das Vorhandensein der Buchse trägt auch dazu bei, die Wände des Lochs abzudichten, so daß der Rückstrom von Bohrschlamm verbessert wird und im wesentlichen über die gesamte Länge der Verrohrung eine Schmierung erzielt werden kann.

Claims (17)

1. Verfahren zum Schaffen einer unterirdischen Verrohrung längs einer gekrümmten Bahn, bei dem

• (a) mit einem Führungsbohrer (20) mit Bohrgestänge (22) vom Bahn-Eingang aus ein Führungsloch in das Erdreich gebohrt wird,
• (b) das Führungsloch erweitert wird,
• (c) am Bahn-Ende das vordere Ende einer Schneidvorrichtung (60) an dem in dem Führungsloch befindlichen Gestänge befestigt wird,
• (d) das vordere Ende eines zu verlegenden Rohres (70) am hinteren Ende der Schneidvorrichtung (60) befestigt wird, und
• (e) das Loch zur Erweiterung von der Schneidvorrichtung aufgebohrt wird, indem diese von dem Bahn-Ende zum Bahn-Anfang gedreht und gezogen wird, während gleichzeitig das Rohr (70) so weit mitgezogen wird, bis es die Bahn zwischen deren Anfang und deren Ende belegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (b) das Führungsloch durch Bohren mit einem das Bohrgestänge (22) mit dem Führungsbohrer (20) umfassenden Spülrohr (24) erweitert wird, und daß die Schneidvorrichtung (60) an dem Spülrohr befestigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ziehen der an die Schneidvorrichtung (60) angeschlossene Rohrabschnitt auf Rollen, die oberhalb und hinter der Eintrittsstelle des Rohres (70) in die Bahn vorgesehen sind, angeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schneidvorrichtung (60) und dem Rohr (70) eine Aufweitevorrichtung (66) angebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitevorrichtung (66) mit Abstand hinter der Schneidvorrichtung (60) angebracht wird, wobei der Abstand vorzugsweise dem 5- bis 15fachen Durchmesser der Schneidvorrichtung (60) entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Aufweitevorrichtung (66) kleiner ist als der der Schneidvorrichtung (60).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ziehen die Schneidvorrichtung (60) gedreht wird, das Rohr (70) jedoch nicht gedreht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitevorrichtung (66) beim Ziehen gleichzeitig gedreht wird.

9. Vorrichtung zum Erweitern eines einer unterirdischen, gekrümmten Bahn folgenden Bohrlochs mit einer Schneidvorrichtung (60), gekennzeichnet durch eine Aufweitevorrichtung (66), deren Durchmesser nicht größer ist als der Durchmesser der Schneidvorrichtung (60), und die an das hintere Ende der Schneidvorrichtung (60) mit einem Verbindungsteil (68) in einem Abstand angekoppelt ist, der dem 5- bis 15fachen des Durchmessers der Schneidvorrichtung (60) entspricht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (68) als Drehteil ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidvorrichtung (60) einen Einlaß für Bohrschlamm (74) hat, der mit einer Vielzahl von Öffnungen (72) in Verbindung steht, durch die Bohrschlamm aus der Schneidvorrichtung (60) austreten kann.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidvorrichtung (60) vom vorderen Ende zum hinteren Ende verlaufende Längsöffnungen (59) aufweist, durch die Bohrklein hindurchtreten kann.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidvorrichtung (60) ein Werkzeug in der Art eines Nutenfräsers ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitevorrichtung (66) eine Vielzahl von Räumzähnen (78) hat.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitevorrichtung (66) einen Einlaß (64) für Bohrschlamm hat, der mit einer Vielzahl von Öffnungen (89) in Verbindung steht, durch die Bohrschlamm aus der Aufweitevorrichtung (66) austreten kann.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitevorrichtung (66) ein schwimmendes Werkzeug von im wesentlichen neutralem Auftrieb in Bohrschlamm ist und ca. 4,5 kg pro 3,7 l wiegt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitevorrichtung (66) mit dem hinteren Ende der Schneidvorrichtung (60) starr verbunden ist.