DE3201996C2

DE3201996C2 - Einrichtung zum Bohren und Herstellen einer aushärtbaren Bohrlochauskleidung

Info

Publication number: DE3201996C2
Application number: DE3201996A
Authority: DE
Inventors: Nikolaj K. Apatity Lipatow; Ruben A. Moskva Tatewosjan
Original assignee: PROIZV GEOL OB TSENTR RAIONOV; SEVERO-ZAPADNOE PROIZVODSTVENNOE GEOLOGICESKOE OB"EDINENIE
Current assignee: PROIZV GEOL OB TSENTR RAIONOV; SEVERO-ZAPADNOE PROIZVODSTVENNOE GEOLOGICESKOE OB"EDINENIE
Priority date: 1981-01-28
Filing date: 1982-01-22
Publication date: 1985-02-14
Also published as: GB2091784B; GB2091784A; JPS57130691A; JPS5849680B2; DE3201996A1; US4378050A; FR2498675B1; FR2498675A1

Abstract

Einrichtung zum Vollbohren, die einen an einem Bohrgestänge (2) befestigten Meißel (1) mit einem Kabel (15) für den Durchtritt der Bohrspülung zur Bohrlochsohle sowie eine über dem Meißel (1) angeordnete Bohrlochwandbildungsvorrichtung (3) einschließt, die das Absperren des Spaltes zwischen den Bohrlochwänden und dem Bohrgestänge (2) gewährleistet. Im Innenraum des Bohrgestänges (2) ist über dem Meißel (1) ein Behälter (5) mit einem Abdichtungsmaterial angeordnet, der zum Zuführen des Abdichtungsmaterials zum Meißel (1) vorgerichtet ist, in dem eine axiale Bohrung (8) mit einem Durchmesser ausgeführt ist, der den Innendurchmesser des Behälters (5) übersteigt, wobei diese Bohrung zur Aufnahme des unteren Endes des erwähnten Behälters (5) dient.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bohren und Herstellen einer aushärtbaren Bohrlochauskleidung, mit einem an einem Bohrgestänge befestigten Vollbohrmeißel, der eine Axialbohrung zum Durchleiten einer Bohrspülung aufweist, deren rückwärtiges Ende zur Aufname eines mit einem Abdichtungsmaterial gefüllten Behälters ausgebildet ist, der vorgerichtet ist zum Zuführen des Abdichtungsmaterials in die Axialbohrung des Meißels unter der Einwirkung eines Verdrängungsmittels.

Eine derartige Einrichtung ist aus der US-PS 91 254 bekannt. Wenn sich beim Bohren die Notwendigkeit ergibt, die Bohrlochwände auszukleiden, wird der gesamte Bohrlochstrang in den Bereich fester bzw. dichter Bohrlochwände angehoben, und es werden ein oder mehrere Behälter mit Abdichtungsmaterial in die Axialbohrung eingeführt und durch den Druck der Bohrlochspülung durch den Bohrmeißel ins Bohrloch ausgebracht. Hierbei braucht zwar das Bohrgestänge nicht ausgebaut zu werden, aber es ist doch ein Stopp des Bohrfortschritts für das Anheben und das Ein- und Ausbringen der Behälter mit dem Abdichtungsmaterial notwendig. Solange die Behälter nicht verbraucht sind, ist die Bohrspülezirkulation unterbrochen. Eine Möglichkeit, das ausgebrachte Abdichtungsmaterial zu verdichten, besteht nicht

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sofort beim Auftreten von Bohrspülverlusten oder bei Abdichtungsmaßnahmen erfordernden Gegebenheiten ohne Stopp des Bohrvorgangs Abdichtungsmaterial ins Bohrloch ausgebracht und das ausgebrachte Material an die Bohrlochwand angedrückt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst

Vorteilhafte Ausführungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung einer konkreten beispielsweisen Ausführung anhand von Zeichnungen erläutert Es zeigt

F i g. I eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Vollbohren, im Längsschnitt;

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie ΙΙ-Π der F i g. 1;

F i g. J eine Ausführungsform der autonomen Zuleitung eines Verdrängungsmittels.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Vollbohren ist eine Modifikation einer bekannten Bohrausrüstung und setzt keinerlei prinzipielle Änderungen voraus; so kann beispielsweise als Meißel ein beliebiges gesteinszerstörendes Werkzeug verwendet werden, das beim Rotary- bzw. beim schlagenden Rotarybohren zur Anwendung kommt.

Die Einrichtung zum Vollbohren enthält einen Rollenmeißel 1, der an einem Bohrgestänge 2 (F i g. 1) mittels einer Bohrlochwandbildungsvorrichtung 3 befestigt ist.

Als Bohrlochwandbildungsvorrichtung 3 kann ein beliebiges Element verwendet werden, das ein zuverlässiges Absperren des Spaltes zwischen den Bohrlochwänden und dem Bohrgestänge gewährleistet, und zwar ein in Gestalt einer Schnecke 4 ausgeführtes Element, bei dem die Spiralwindungen entgegen der Drehrichtung des Bohrgestänges 2 gerichtet sind.

Im Innern des Bohrgestänges 2 kann ein zylindrischer Behälter 5 mit einem Abdichtungsmaterial 6 angeordnet sein.

Der Behälter 5 kann in Gestalt eines zylindrischen Rohres, das oben und unten mit einem Stopfen abgedichtet ist, in Gestalt einer hermetisierten Ampulle aus plastischem Material bzw. in Gestalt eines Stabes aus gepreßtem Abdichtungsmaterial mit einer Oberfläche ausgeführt sein, die mittels einer hydroisolierenden Schicht abgedichtet (kapsuliert/hydroisoliert) ist. Der Behälter kann mit dem Bohrmeißel in einem Stück oder, was empfehlenswerter ist, auswechselbar ausgeführt sein, um die Austauschmöglichkeit desselben ohne Herausziehen des Bohrmeißels aus dem Bohrloch zu gewährleisten.

Das Abdichtungsmaterial 6 kann ein trockenes rasch abbindendes Gemisch, beispielsweise ein Gips-Zement-Gemisch, ein pastenartiges Gemisch aus verschiedenen polymeren Materialien mit Härtemitteln, einen pulverformigen Zement-, Polymerisations-. Lehmstoff u.a. darstellen, die meist als Bindemittel zur Anwendung gelangen.

Das untere Ende des Behälters 5 ist mit einem (entfernbaren, auswechselbaren) Stopfen 7 abgedichtet und wirkt mit einer zentralen Bohrung 8 zusammen, die im

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Rollenmeißel 1 ausgeführt ist; das obere Ende des Behälters 5 ist mit einem Pfropfen 9 mit einer Eintrittsbohfjng 10 und einer Austrittsbohrung 11 versehen. Im Behälter 5 ist eine zur Bohrung 10 gleichachsig liegende Bohrung 12 zum Durchtritt der Bohrspülung in den HoWraum zwischen dem Behälter 5 und den Innenwänden des Bohrgestänges 2 ausgeführt, an denen Feststeller 13, 14 zum Leiten und Zentrieren des Behälters 5 vorgesehen sind. Hierbei kann der obere Feststeller als ein kontinuierlicher Ring 14 mit einer zentralen Bohrung, deren Durchmesser dem Außendurchmesser des Behälters 5 gleich ist, die übrigen aber in Gestalt einzelner Vorsprünge ausgeführt sein. Der Körper des Rollenmeißels 1 weist einen Kanal 15 zum Austritt der Bohrspülung auf die Bohrlochsohle auf, wenn die Bohrung 8 des Meißels 1 vom Behälter 5 zugedeckt ist Im oberen Teil des Behälters 5 ist eine Vertiefung 16 zur Zusammenwirkung mit dem Endstück eines Fängers 17 vorgesehen. Zum Auslösen der Verdrängung des Abdichtungsmaterials 6 aus dem Behälter 5 wird in den Innenraum des Bohrgestänges eine Kugel 18 eingeworfen, die die Bohrung 10 im Pfropfen 9 abschließt

Denkbar ist auch eine andere, in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform, wo der Pfropfen 9 in Gestalt eines zylindrischen Kolbenstopfens ausgeführt und über ihm eine Vorrichtung 19 zum Erfassen und Hermetisieren eines Endstücks 20 eines Kabelschlauchs 21 angeordnet ist, der zum Transport des Behälters 5 dient und durch den das herauszupressende Medium zugeführt wird.

Die erwähnten konstruktiven Lösungen schöpfen nicht alle möglichen Ausführungsformen der erfi.:ndungsgemäßen Einrichtung aus. In der Praxis kann sie auch in Gestalt eines endlichen Teils eines üblichen Bohrgestänges ausgeführt sein, wobei der Austausch des Behälters 5 mit dem Abdichtungsmaterial 6 nur beim Ausbau des gesamten Bohrgestänges aus dem Bohrloch möglich ist

Jedoch betreffen alle diese Varianten nicht die hauptsächlichen konstruktiven Merkmale der erfindungsgemäßen Einrichtung, sondern sie beziehen sich vorwiegend auf die Durchführungsmethoden der Bohrarbeiten mittels dieser Einrichtung und manche konstruktive Änderungen zweitrangiger Teile.

Tritt eine Komplikation, beispielsweise eine Wasserabsorption bzw. ein Bohrspülungsverlust, auf, wird in den Innenraum des Bohrgestänges eine Stahlkugel 18 eingeworfen, die, indem sie in das Ende des Propfens 9 gelangt, die Bohrung 10 abschließt, wodurch der Durchtritt der Bohrspülung in den Rohrzwischenraum abgesperrt wird. Hierbei nimmt der Bohrspülungsdruck im Innern des Bohrgestänges über dem Pfropfen 9 stark zu, wobei dieser Druck die den Pfropfen 9 fixierenden Stifte abschert und, indem er den Pfropfen im Behälter 5 nach unten drückt, den Stopfen 7 herauspreßt, so daß der Weg des Abdichtungsmaterials zum Meißel 1 freigegeben wird. Nach dem Herauspressen des Stopfens 7 und eines Teils des Abdichtungsmaterials 6 öffnet der Pfropfen 9, indem er im Behälter 5 nach unten wandert, die Bohrung 12 in den Wänden des Behälters 5, wodurch ein normaler Zugang der Bohrspülung zum Bohrmeißel 1 gewährleistet wird. Das von den Rollen des Meißels 1 geriebene und gemahlene Abdichtungsmaterial 6 konzentriert sich, indem es sich mit dem abgebohrten Gestein und mit der Bohrspülung unter der Einwirkung der Windungen der Spirale 4 der Bohrlochwandbildungsvorrichtung 3 vermischt, im unteren Teil des Bohrlochs an der Bohrlochsohle und wird an die Bohrlochwände hpfördert. Hierbei Dressen die Fliehkräfte und der vom Bohrgerät ausgeübte Druck überflüssiges Wasser aus der entstandenen Masse heraus. Die dicke, zähe Masse des Abdichtungsmaterials 6, das mit dem abgebohrten Gestein gefüllt ist wird in die Poren und Risse der Gesteine hineingepreßt, aus denen die Bohrlochwände bestehen, wird verdichtet und fängt an zu erstarren.

Das weitere Glattreiben des Abdichtungsmaterials 6 und Kalibrieren des Bohrlochs führt ein Glattreibelement 22 aus, das die Masse zusätzlich verdichtet ihr ίο Wasser entzieht und überflüssige Stellen abschert

Nach der Verarbeitung des gesamten Abdichtungsmaterials 6 wird von der Oberfläche am Kabel ein Fänger 17 herabgelassen, der über seine Endstücke mit einer Aussparung 16 zum Eingriff kommt, der Behälter 5 herausgezogen und durch einen neuen ausgetauscht

Wenn es erforderlich ist wird der Abdichtungsvorgang bis zur vollständigen Beseitigung der aufgetretenen Komplikation wiederholt

Bequemer ist die Verwendung einer Einrichtung mit einer Vorrichtung 19 gemäß F i g. 3 zum Erfassen und Hermetisieren des Endstücks 20 des Kabelschlauchs 21, durch den das Herauspressen des Abdichtungsmaterials 6 mittels eines Verdrängungsmittels (Flüssigkeit bzw. Gas) erfolgt und der gleichzeitig als Transportmittel zur Förderung und zum Herausziehen des Behälters 5 dient Offensichtlicherweise ist der Austausch der Behälter 5 unmittelbar an der Bohrlochsohle, wie dies in den angeführten Beispielen beschrieben ist, möglich, wenn es die Konstruktion und die Durchgangsquerschnitte der Elemente des Bohrgestänges 1 erlauben. Daher ist dieser Austausch dann zweckmäßig, wenn Bohrlöcher großen Durchmessers, beispielsweise über 112 mm, gebohrt werden sollen. Bei Bohrlöchern geringeren Durchmessers ist der Austausch der Behälter 5 an der Oberfläche und, soweit dies möglich ist, gleichzeitig mit dem Austausch des Endstücks des Meißels 1 zweckmäßig, daher muß der Behälter 5 dann eine solche Menge an Abdichtungsmaterial 6 enthalten, die für ein Bohrlochintervall ausreicht, das von einem Bohrmeißel abgearbeitet wird. Dies reduziert Zeitverluste für Ein- und Ausbauarbeiten.

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur nichtmetallischen Verfestigung der Bohrlochwände durch Bilden einer Isolierschicht an der gesamten Bohrlochoberfläche wird das Herauspressen des Abdichtungsmaterials 6 kontinuierlich und parallel zum Bohrfortschritt vorgenommen. Sobald das Abdichtungsmaterial verbraucht worden ist, hört man mit dem Bohren auf, tauscht den Behälter 5 aus und nimmt das so Bohren bis zur Erzielung der gewünschten Tiefe wieder auf.

Hierbei erfolgt eine intensive Vermischung des abgebohrten Gesteins mit dem Abdichtungsmaterial, wobei das Gestein als inerter Füllstoff im Abdichtungsmaterial dient und dank den gemeinsamen Eigenschaften mit den Gesteinen, aus denen die Bohrlochwände bestehen, die Qualität der Isolation erhöht sowie den Verbrauch des zur Bohrlochsohle geförderten Abdichtungsmaterials verringert.

Man muß hervorheben, daß dadurch, daß ein Teil des abgebohrten Gesteins, das sich mit dem Abdichtungsmaterial vermischt, welches als Bindemittel dient, im Abdichtungsmaterial als Füllstoff enthalten ist, eine Einspa-ung an Abdichtungsmaterial 6 erreicht wird, ferner wird dadurch die Qualität der Abdichtung der Absorptionskanäle bzw. der Befestigung der Bohrlochwände erhöht, weil die Identität des Füllstoffs mit den Gesteinen, aus denen die Bohrlochwände bestehen, nach Zu-

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sammensetzung und Charakter deren monolithischere
Haftung untereinander gewährleistet.

Die Erfindung kann bei der Beseitigung von Komplikationen beim Vollbohren, bei der nichtmetallischen Befestigung von Bohrlochwänden, die parallel zum Bohren 5 vorgenommen wird, bei der Herstellung von Brunnen
und Kammern, bei der Verbreiterung und Reparatur
von früher hergestellten Bohrungen, beim Durchteufen
von unstabilen Bohrlochintervallen in nichtzementierten Sanden, quellenden und aufweichenden Tonen u. ä. 10 verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

32 Ol Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Bohren und Herstellen einer aushärtbaren Bohrlochauskleidung, mit einem an einem Bohrgestänge befestigten Vollbohrmeißel, der eine Axialbohrung zum Durchleiten einer Bohrspülung aufweist, deren rückwärtiges Ende zur Aufnahme eines mit einem Abdichtungsmaterial gefüllten Behälters ausgebildet ist, der vorgerichtet ist zum Zuführen des Abdichtungsmaterials in die Axialbohrung des Meißels unter der Einwirkung eines Verdrängungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß zum Durchleiten der Spülung zur Axialbohrung (8) des Meißels (1) hin zwischen dem Behälter (5) und der Innenwand des Bohrgestänges (2) ein Ringraum freigehalten und zum Andrücken an die Bohrlochwand des aus der Axialbohrung (8) des Meißels (1) nach vorn hin ausgedrückten Abdichtungsmaterials rückwärts des Meißels eine entsprechende Vorrichtung (3) vorgesehen ist, mittels der zusätzlich der Ringraum zwischen der Bohrlochwand und dem Bohrgestänge (2) nach rückwärts hin absperrbar ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (5) ohne Hochfahren des Bohrgestänges austauschbar angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtungsmaterial im Behälter (5) ein schüttfähiges Bindemittel ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (5) ein zylindrisches Rohr ist, das in seinem unteren Teil mit einem abnehmbaren Stopfen (7) und in seinem oberen Teil mit einem Pfropfen (9) versehen ist, der zum Verdrängen des Abdichtungsmaterials aus dem Behälter (5) vorgesehen ist

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Behälters (5) mit einem Stutzen (19) versehen ist, der zum Eingriff mit einem zum Transport des Behälters (5) und zum Zuleiten des Verdrängungsmittels in den Behälter (5) vorgesehenen Schlauch (21) ausgebildet ist.