DE3873407T2 - Verfahren zum zementieren eines foerderrohres in einem unterirdischen gekruemmten bohrloch. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft das Einrichten eines Förderrohres in einem unterirdischen gekrümmten Bohrloch, das längs eines gekrümmten Weges zwischen zwei Oberflächenorten gebohrt wurde, wie es in der EP-A-0209217 offenbart wurde.
• Die EP-A-0209217 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bohren eines Pilotbohrloches in einer Bewegungsrichtung längs eines unterirdischen gekrümmten Weges zwischen zwei Erdoberflächenorten und dann das Vergrößern des anfänglichen Pilotbohrloches in der entgegengesetzten Bewegungsrichtung, um darin ein Förderrohr aufzunehmen.
• Beim Bohren des Ausgangsbohrloches wird ein gewöhnliches Bohrrohrgestänge verwendet und das Bohrgestänge kann einen Bohrmeißel an seinem vorderen Ende haben, um das Bohrgestänge längs eines vorbestimmten gekrümmten Weges zu stoßen, um ein Ausgangspilotbohrloch mit einem relativ kleinen Durchmesser, wie etwa z.B. ungefähr fünf (5) Zoll (12,7 cm) im Durchmesser zu bilden. Als Alternative kann ein Rotary- Bohrmeißel auf dem vorderen Ende eines Bohrgestänges mit einem im Bohrloch befindlichen hydraulischen Motor zum Drehen des Bohrmeißels vorgesehen werden, wie es wünschenswert sein kann, wenn man auf relativ harte Formationen stößt. Nach dem Bohren des Ausgangspilotbohrloches und dem Herausnehmen des Bohrgestänges aus der Austrittsoberflächenöffnung wird der Bohrmeißel von dem Ende des Bohrgestänges entfernt und ein Bohrlochräumer wird mit dem Bohrgestänge am Austrittsende verbunden, um ihn durch das Loch zurückzuziehen, um das Pilotbohrloch auf den gewünschten Durchmesser für das Förderrohr auszuweiten. Entweder bei dem ersten Ausräumschritt als auch bei einem Extraschritt nach dem Ausweiten des Pilotbohrloches durch den Bohrlochräumer wird das Förderrohr in das Loch gezogen, während es den Bohrlochräumer hinter sich herzieht. Um das Förderrohr wird ein Kreisring mit einer Dicke von etwa z.B. zwei (2) bis sechs (6) Zoll (5,1 bis 15,2 cm) gebildet, die vom Durchmesser des Förderrohres und der Art der Formation, auf die man trifft, abhängt. Die vergrößerte Öffnung kann z.B. etwa dreißig (30) Zoll (76,2 cm) im Durchmesser für ein Förderrohr von zwanzig (20) Zoll (50,8 cm) im Durchmesser, wie eine Pipeline, sein, wodurch ein Kreisring zwischen der Pipeline und der angrenzenden, die vergrößerte Öffnung begrenzenden Oberfläche mit einer Dicke von fünf (5) Zoll (12,7 cm) geschaffen wird. Früher wurden Zementierverfahren beim senkrechten Bohren verwendet, um den Ringraum zwischen der Außenseite der Verrohrung im senkrechten Bohrloch und der Wand des Loches zu zementieren, oder um zwischen innerem und äußerem Verrohrungsgestänge abzudichten. Der Zement wurde normalerweise in das Loch herunter, in den Ringraum gepumpt und hat eine Abdichtung der Verrohrung innerhalb des Bohrloches bewirkt. Verschiedene Arten von Stopfen wurden innerhalb der inneren Verrohrung oder des Bohrgestänges vorgesehen, um den Zement nach außen in den Ringraum zu verteilen.
• An bestimmten Orten, an denen das Förderrohr angeordnet ist, wie etwa unter Deichen oder einer erhöhten Wasserstraße, können Risse oder Röhren auftreten, die eine Folge von Erosion der Formation um das Förderrohr sind. Unter diesen Bedingungen kann es wünschenswert sein, jeglichen leeren Raum, wie etwa den Ringraum um das Förderrohr abzudichten, um Erosion oder Auswaschen in dem leeren Raum längs des Förderrohrs zu minimieren.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde ein Verfahren zum Bohren eines unterirdischen Bohrloches zwischen zwei auseinanderliegenden Oberflächenorten, das eine Bohrkrone auf einem vorderen Bohrrohrabschnitt eines Bohrgestänges verwendet und eine Leitung in dieses Bohrloch einbringt, geschaffen; wobei dieses Verfahren folgende Schritte aufweist: Vorschieben der Bohrstange mit der Bohrkrone darauf von einem Oberflächeneintrittsort zu einem Oberflächenaustrittsort, um das Bohrloch zu bilden; und Abgeben von Bohrflüssigkeit aus dem vorderen Bohrrohrabschnitt während des Vorschiebeschrittes; gekennzeichnet durch:
• - das Verbinden eines Vorrats an Dichtmaterial mit der Bohrstange, und
• - nach dem Vorschiebeschritt das Bewegen der Bohrstange längs des Bohrloches zwischen dem Oberflächenaustritts- und dem Oberflächeneintrittsort, während gleichzeitig Dichtmaterial aus dem vorderen Ende der Bohrstange in das Bohrloch abgegeben wird.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung stellt ein Verfahren vor zum Abdichten des Ringraums um das Förderrohr, nachdem das Rohr innerhalb einer gekrümmten unterirdischen Bohrung, die sich zwischen zwei Oberflächenorten erstreckt, positioniert ist. Der Ringraum wird abgedichtet, indem ein Zementschlamm durch das Bohrrohrgestänge gepumpt wird und der Zement in den Ringraum abgeladen wird, der im Großen und Ganzen an das vordere Ende des Förderrohrs angrenzt, das durch das Bohrrohrgestänge durch das vergrößerte Bohrloch gezogen wird. Dadurch wird der Zement während des Ziehens des Förderrohrs durch das vergrößerte Bohrloch gleichzeitig in den Ringraum um das Förderrohr, der an das vordere Ende des Förderrohrgestänges angrenzt, welches fortlaufend vom Austrittsende des Bohrloches durch Anfügen von Förderrohrabschnitten an das nachgezogene Ende der Rohrleitung an der Austrittsöffnung verlängert wird, abgeladen. Es ist nötig, daß die gesamte Förderrohrleitung an ihrem letztendlichen Platz ist, bevor der Zement abbindet oder aushärtet.
• Das Gewicht des Zementes in dem Ringraum sowie des Zementes im Bohrgestänge würde genügend Gewicht bereitstellen, um zu verhindern, daß die Förderleitung und das Bohrgestänge aufschwimmt, wenn man auf Bedingungen stößt, in denen ein Auftriebsproblem auftauchen kann. Auch nachdem das Förderrohr in einen Ring von ausgehärtetem Zement von einer bestimmten Dicke, die von der Dicke des Ringraums bestimmt sein kann, eingehüllt ist, wird die Förderleitung nicht zum Schwimmen neigen.
• Der vom Bohrgestänge abgeladene Zement wirkt auch als Bohrflüssigkeit, um dem Bohrlochräumer während des Räumvorgangs zu helfen, als auch als Schmierflüssigkeit, um die Reibung zwischen der inneren Umfangsfläche des Bohrloches und der äußeren Umfangsfläche des Förderrohres zu verringern, um die Längsbewegung des Förderrohrs zu unterstützen, wenn es längs des Bohrloches vom Austrittsende her gezogen wird.
• In einem Ausführungsbeispiel wird das ursprüngliche Bohrgestänge in Zement eingemantelt und wird als ein zementiertes Futterrohr verwendet, um ein Kabel oder Förderrohr darin aufzunehmen. Der Zement wird vom Bohrgestänge bei einem separaten Durchgang des Bohrgestänges von der Eintrittsöffnung des ursprünglichen Bohrloches zur Austrittsöffnung abgeladen, nachdem der Bohrmeißel entfernt worden ist und das Bohrgestänge zur Eintrittsöffnung zurückgezogen worden ist.
• Die Erfindung wird jetzt nur als Beispiel mit besonderem Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt in den Zeichnungen:
• Fig. 1 einen schematischen Querschnitt des ersten Bohrvorgangs, bei dem ein hängend gekrümmtes Pilotloch oder eine Bohrung von einer Oberflächeneintrittsöffnung zu einer Oberflächenaustrittsöffnung nahe einem Deich und einer angrenzenden Wasserstraße gebohrt wird, indem ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
• Fig. 2 einen schematischen Querschnitt ähnlich dem in Fig. 1, der aber eine vergrößerte Bohrlochöffnung zeigt und ein Bohrgestänge, das ein Förderrohr durch die vergrößerte Öffnung zieht und gleichzeitig Zement in den Ringraum um das Förderrohr leitet, wenn es innerhalb der Bohrungsöffnung gezogen wird;
• Fig. 3 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht des Eintrittsendes des Pilotbohrloches, die die Schiebe- und Dreheinrichtung für das Bohrgestänge zeigt;
• Fig. 4 eine schematische Seitenansicht des Endes eines Bohrgestänges, die einen Bohrmeißel zum Bilden des in Fig. 1 gezeigten anfänglichen Pilotbohrloches zeigt;
• Fig. 5 eine schematische Seitenansicht des Endes des Bohrgestänges, das mit einem Bohrlochräumer und einem Förderrohr innerhalb des Bohrloches verbunden ist, um den Räumer und das Förderrohr durch eine vom Räumer gebildete vergrößerte Bohröffnung zu ziehen;
• Fig. 6 einen Schnitt im Großen und Ganzen längs der Linie 6-6 von Fig. 5, der die Düsen im Räumer zum Abladen des Zementes aus dem Bohrgestänge in das Bohrloch zeigt;
• Fig. 7 einen Schnitt im Großen und Ganzen längs der Linie 7-7 von Fig. 6;
• Fig. 8 einen Schnitt im Großen und Ganzen längs der Linie 8-8 von Fig. 6;
• Fig. 9 einen Schnitt im Großen und Ganzen längs der Linie 9-9 von Fig. 5, der das Förderrohr im Bohrloch mit Zement im Ringraum zwischen dem Förderrohr und dem inneren Umfang der vergrößerten Bohröffnung zeigt;
• Fig. 10 ein Schema, das die Zufuhr von Bohrflüssigkeit zum Bohrgestänge oder als Alternative die Zufuhr von Zement zum Bohrgestänge zeigt, der an dem vorderen Ende des Bohrgestänges abgeladen werden soll;
• Fig. 11 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem das anfängliche Pilotbohrloch nicht vergrößert wird und ein Gewindeschutz auf dem vorderen Ende des Bohrgestänges Düsen hat, um Zement abzuladen und mit einem Futterrohr mit einem kleinen Durchmesser oder einem Förderkabel verbunden ist, um das Futterrohr oder Kabel durch das anfängliche Pilotbohrloch zu ziehen; und
• Fig. 12 eine schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem das ursprüngliche Bohrgestänge zum Bohren des Bohrloches von Zement ummantelt ist, um ein Förderrohr mit kleinem Durchmesser oder ein Kabel darin aufzunehmen.
• Für ein besseres Verständnis unserer Erfindung wird jetzt auf die Zeichnungen Bezug genommen und auf Fig. 1 hingewiesen, in der ein gekrümmtes Pilotbohrloch gezeigt ist, das sich bei B längs eines bei P gezeigten unterirdischen Weges erstreckt. Der Weg P erstreckt sich von einer Erdoberflächeneintrittsöffnung O zu einer Erdoberflächenaustrittsöffnung E unterhalb eines Hindernisses, das als ein Fluß R längs eines Deiches L gezeigt ist.
• Obwohl die Austrittsöffnung E als eine Oberflächenaustrittsöffnung in den Zeichnungen gezeigt ist, sollen die Begriffe "Austrittsöffnung", "Oberflächenaustrittsöffnung" oder "Oberflächenort", wie sie in der Beschreibung und den Ansprüche benutzt werden, so interpretiert werden, daß sie eine Öffnung in der Nähe der Oberfläche oder unter Wasser mitumfassen, bei der ein Förderrohr oder eine Leitung mit dem Bohrgestänge verbunden wird, um durch das Bohrloch gezogen zu werden, wie etwa ein unterirdisches Kabel.
• Ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Bohrgestänge enthält eine Vielzahl an miteinander verbundenen Leitungsabschnitten 12 mit einem Bohrmeißel 14 an dem Ende eines vorderen Leitungsabschnitts 12A. Das Bohrgestänge 10 wird verwendet, um ein Pilotbohrloch B mit einem kleinen Durchmesser längs des Weges P zu bohren. Eine Vielzahl an Langstücken oder Abschnitten des Bohrgestänges 10 liegt normalerweise in der Nähe der Eintrittsöffnung O, wie bei 12 in gestrichelten Linien in Fig. 1 gezeigt ist. Das Bohrgestänge 10 kann einen Durchmesser von etwa 3 1/2 Zoll (8,9 cm) haben.
• Wie in Fig. 3 gezeigt, zeigt 15 eine geneigte Rampe und ein hydraulischer Motor 16 ist drehbar auf einem Wagen 17 befestigt, der axial beweglich längs einem geeigneten Führungsweg auf der Rampe 15, wie etwa durch eine geeignete Rillenscheibe oder ein Zahnrad 18, angebracht ist, das von einer geeigneten Antriebseinrichtung angetrieben ist, um den Wagen 17 beispielsweise längs eines gespannten Kabels 20 zu bewegen. Der Motor 16 kann selektiv verwendet werden, um eine Verbindungswelle 22 zu drehen, die an einem Ende mit einer Verbindung 24 verbunden ist, die an einem Rohrabschnitt 12 des Bohrgestänges 10 angebracht ist, um dadurch das Bohrgestänge 10, wenn gewünscht, zu drehen. Die Welle 22 ist mit ihrem anderen Ende mit einem Drehgelenk oder einer Mitnehmerstange 26 verbunden, die wiederum mit einem Schlauch 28 verbunden ist, durch den eine geeignete Bohrflüssigkeit zirkuliert. Der Wagen 17 bewegt sich zurück und vor, wenn die Bohrstangenabschnitte 12 angefügt werden, indem die Verbindung 24 geschlossen und geöffnet wird.
• Durch den Schlauch 28 zirkulierender Bohrschlamm wird dem Bohrgestänge 10 zugeführt und aus geeigneten Fluiddurchgängen am Bohrmeißel 14 herausgeführt, um möglicherweise durch das Bohrloch zu einer Grube 29 zurückzukehren, die an das Ende der Eintrittsöffnung O angrenzt. Ein bei 31 gezeigter, geeigneter Schlauch ist mit einer Saugpumpe 32 verbunden, um die Bohrflüssigkeit oder den Schlamm mit den mitgerissenen Schnittstücken in einen bei 33 gezeigten Schlammbunker oder Behälter zum Zurückführen der Schnittstücke zurückzuleiten und um Bohrflüssigkeit am Schlauch 28 wieder bereitzustellen, so wie es aus dem Stand der Technik gut bekannt ist. In manchen Fällen, insbesondere wo man auf weiche Formationen stößt, werden der Bohrschlamm und die mitgerissenen Schnittstücke innerhalb von Vertiefungen in der angrenzenden Formation absorbiert oder aufgenommen und sie fließen nicht aus der Öffnung O heraus.
• Das Bohrgestänge 10 ist standardisiert und normalerweise aus einer Vielzahl an Bohrrohrabschnitten 12 aufgebaut, die an das Bohrrohrgestänge an der Verbindung 24 angefügt werden. Die Rohrabschnitte 12 werden in die Erde getrieben, indem der Wagen 17 und der hydraulische Motor 16, der mit einer geeigneten Quelle an hydraulischer Flüssigkeit (nicht gezeigt) verbunden ist, die Rampe 15 heruntergetrieben wird.
• Der vordere Rohrabschnitt 12A hat einen Bohrmeißel 14 an seinem vorderen Ende. Bohrmeißel von verschiedenen Arten sind gut bekannt, im allgemeinen in der Art von Richtungsbohrern oder ähnlichem. Der Bohrmeißel 14 gibt aus einer Abgabedüse 30 an seinem vorderen Ende an einem an die Formation nahe angrenzenden Ort Bohrflüssigkeit mit einer hohen Geschwindigkeit ab, um dadurch eine sehr effektive Aushöhlwirkung zu erhalten, um das Bohrgestänge vorwärts zu treiben. Der Bohrmeißel 14 gibt Flüssigkeit vorzugsweise in einer Richtung parallel zur Achse des Bohrgestänges 10 ab und hat eine geneigte ebene Endfläche 34, die eine Rampe bildet und eine hinten ebene Schulter 35. Ein gebogener Schuh oder eine Verschleißplatte 36 ist an dem äußeren Umfang des vorderen Rohrabschnitts 12 befestigt. Es ist zu erwähnen, daß das Bohrloch B einen größeren Durchmesser hat als der maximale Durchmesser irgendeines Teiles des Bohrgestänges 10, das sich durch das Loch bewegt.
• Die Bohrflüssigkeit, wie etwa Betonit, kann unter Druck stehen, beispielsweise zwischen etwa einhundert (100) psi (70307 kg/m²) und etwa zweitausend (2000) psi (140614 kg/m²). Die Längs- oder Ausströmachse der Auslaßdüse 30 ist parallel zur Längsachse des Bohrgestänges 10 aber versetzt zu ihr, um beim Ablenken des Endabschnitts 10A in Richtung der Versetzung zu helfen. Es ist offensichtlich, daß der vordere Endabschnitt 12A auch durch Drehen des Bohrgestänges 10 um einen bestimmten Winkel geführt werden kann. Um eine wirksame Führung zu gewährleisten, sollte der Versatz der Düse oder des Mundstücks der Abgebeöffnung 30, oder der Versatz des Mittelpunkts des abgegebenen Fluidvolumens, im Falle, daß mehr als eine Abgebeöffnung verwendet werden, zumindest größer als etwa dreiviertel (3/4) Zoll (1,9 cm) sein. Z.B. hat bei einem Bohrmeißel mit einem Durchmesser von fünf (5) Zoll (12,7 cm), wie in Fig. 4 gezeigt, die Düse 30 einen Durchmesser von etwa dreiachtel (3/8) Zoll (1,0 cm) und einen Versatz von einem (1) Zoll (2,5 cm) von der mittleren Längslinie des vorderen Abschnittes 12A.
• Unter bestimmten Bedingungen kann es wünschenswert sein, mehr als eine Abgebedüse zu haben, in jedem Fall ist aber der Mittelpunkt der miteinander verbundenen Strahlen an abgegebener Bohrflüssigkeit parallel zur Längsachse des vorderen Abschnitts 12 in dem gewünschten Bohrweg und vorzugsweise versetzt zu dieser Achse. Die von dem schrägen ebenen Endteil 34 gebildete Rampe, die hintere Schulter 35 und der Schuh 36 werden längs der Oberfläche des Bohrloches B entgegen der gewünschten Richtung der Abweichung gefahren und helfen beim Führen des vorderen Leitungsabschnitts 12A längs des Bohrweges P. Dadurch bewegt sich der Bohrmeißel 14 längs des Weges P mit einer Schiebewirkung, ohne gedreht zu werden, mit Ausnahme einer bestimmten Teildrehung, um eine Winkelorientierung zu erhalten, um den vorderen Leitungsabschnitt 12A zu führen.
• Der gekrümmte Weg P kann ohne Zurückziehen des Bohrgestänges aus der Erde in erster Linie durch Ausrichten des Bohrmeißels 14 durch eine Teildrehung des Bohrgestänges 10 um einen bestimmten Winkel kontrolliert werden, aber eine solche Kontrolle kann auch von solchen Faktoren oder Parametern abhängen, wie z.B. der Schiebewirkung auf das Bohrgestänge und dem Volumen an Bohrschlamm, der zum Bohrgestänge geführt wird, wie im Stand der Technik gut bekannt ist. Für weitere Einzelheiten, die die Abweichung oder Ablenkung des Bohrgestänges für die Bohrrichtung oder ähnliches betreffen, was im Stand der Technik gut bekannt ist, wird z.B. auf die EP-A-0209217; die US-A-2,646,254 und die US-A- 3,713,500 verwiesen.
• Der Durchmesser der Bohrung B ist ausreichend größer als der Durchmesser des Bohrgestänges 10 um einen Ringraum zu schaffen, um das Abladen der Bohrflüssigkeit und von Schnittstücken aus der Bohrung B zu gestatten. Bei der Verwendung eines Bohrrohrgestänges mit einem maximalen Durchmesser von etwa drei einhalb (3 1/2) Zoll (8,9 cm) kann die Bohrung B einen Durchmesser von etwa fünf (5) Zoll (12,7 cm) haben, um ein geeignetes Spiel für den Durchgang des Bohrgestänges 10 und der Strömung von Schnittstücken und Bohrflüssigkeit aus der Bohrung B zu schaffen.
• Wenn der vordere Bohrabschnitt 12A die Austrittsöffnung E erreicht und das Pilotbohrloch B fertig ist, wird es wünschenswert, das Pilotbohrloch zu vergrößern, damit es ein Förderrohr oder eine Leitung aufnimmt, die in den Zeichnungen als Pipeline 38 gezeigt ist. Das Förderrohr kann eines von verschiedenen Arten an zusammenhängenden Rohren, wie etwa z.B. ein Futterrohr, eine Leitung, ein Kabel oder ähnliches sein und mehr als nur ein Förderrohr kann in der vergrößerten Öffnung D untergebracht werden. Unter bestimmten Bedingungen, wenn ein Kabel geringen Durchmessers, wie etwa drei (3) bis vier (4) Zoll (7,6 bis 10,2 cm) im Durchmesser, in das Loch B eingelegt werden soll, kann es sein, daß es nicht nötig ist, den Durchmesser des Pilotbohrloches zu vergrößern.
• Zum Vergrößern des Loches B ist in Fig. 5 ein Bohrlochräumer, der als Ganzes mit 40 bezeichnet ist, gezeigt. Der Räumer 40 hat drei (3) beabstandete Klingen 41 mit Schneidzähnen 42 darauf und ist bei 43 an das Ende des Bohrgestänges 10 drehbar durch das Bohrgestänge 10 und den Motor 16 angekoppelt. Der vordere Rohrabschnitt 12A und der Bohrmeißel 14, darauf zusammen mit allen damit verbundenen Instrumenten (nicht gezeigt), wird zuerst von dem Ende des Bohrgestänges 10 entfernt, bevor das Bohrgestänge 10 mit dem Räumer 40 verbunden wird.
• Wie in Fig. 6 genau gezeigt ist, hat der Räumer 40 Abgabedüsen 44, die Abgabeöffnungen auf jeder Klinge 41 mit einem Durchmesser bilden, der geeignet ist zur Abgabe von je nach Wunsch Bohrflüssigkeit oder Zement aus der mittleren Bohrung 45 und in Verzweigungsdurchgängen 46 zu den Düsen 44. Die Abgabe der Bohrflüssigkeit oder des Zements aus den Düsen 44 geht gegen die Formation, die von den Schneidzähnen 42 beim Räumvorgang angegriffen werden soll, und die Schnittstücke zusammen mit der Bohrflüssigkeit fließen in die Formation oder in den Ringraum um den äußeren Umfang des Räumers 40. Obwohl das Förderrohr der Leitung 38 mit dem Räumer 40 für den Einbau gleichzeitig mit dem ersten Ausräumvorgang oder -schritt verbunden werden kann, ist es vorzuziehen, das anfängliche Bohrloch B auf die Öffnung oder Bohrung D mit vergrößertem Durchmesser vorher auszuräumen, bevor die Pipeline 38 innerhalb der vergrößerten Öffnung eingebaut und gezogen wird. Es ist ebenfalls vorzuziehen, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Teil der Länge der anfänglichen Bohrung B, wie z.B. sechzig (60) bis einhundert (100) Fuß (18 bis 30 m) zu haben, um in der Nähe der Eintrittsöffnung O zu bleiben, so daß der Fluß des Zementschlamms von der Eintrittsöffnung O von der Bohrung mit geringem Durchmesser während des Zementierens des Ringraumes A um die Pipeline 38 verengt wird. Dies ist insbesondere ratsam, wo man auf ein Hindernis in der Formation stoßen kann, wenn das Loch mit großem Durchmesser geräumt wird. Wenn man auf ein Hindernis stößt, während das Loch mit dem großen Durchmesser geräumt wird, ist es wünschenswert, daß das Förderrohr 38 nicht mit dem Räumer 40 verbunden ist, so daß der Räumer frei beweglich ist, um das Hindernis zu entfernen. Für diesen Zweck wird der Räumer 40 auf bestimmte Arten der Vorgehensweise durch das Pilotbohrloch gezogen, um die Öffnung zu vergrößern, ohne daß das Förderrohr 38 mit ihm verbunden ist. Nachdem das Pilotbohrloch vergrößert worden ist, wird der Räumer 40 durch das leere Loch zur Austrittsseite zurückgestoßen, und das Förderrohr 38 wird dann am Räumer angebracht. Dann werden das Förderrohr und der Räumer durch das vergrößerte Loch gezogen, um das Förderrohr einzubauen, wobei sicherzustellen ist, daß das vergrößerte Loch frei von jeglichen Hindernissen ist. Es wird auch weniger Kraft benötigt, um das Förderrohr 38 an seinen Platz zu ziehen, wenn das Loch vorher vergrößert worden ist.
• Um das Förderrohr 38 mit dem Räumer 40 zu verbinden, hat ein Drehgelenk, das als Ganzes mit 52 bezeichnet ist, eine Verlängerung 50 mit einem kleinen Durchmesser, die mit ihrem vorderen Ende an den Räumer 40 bei der Verbindung 51 geschraubt ist. Das Drehgelenk 52 enthält einen Körper 54 mit einem vergrößerten äußeren Durchmesser, der innen eine ringförmige Vertiefung 56 hat, die einen kraftübertragenen Flansch 58 eines konzentrischen inneren Drehgelenkkörpers 60 aufnimmt. Lager 62 übertragen die Kräfte zwischen dem inneren Drehgelenkkörper 60 und dem äußeren Körper 54, während sie eine Relativdrehung zwischen dem Räumer 40 und der Förderleitung 38 gestatten. Vorzugsweise tritt das Rohr 38 in das Bohrloch B völlig ohne Drehung ein, obgleich in manchen Fällen es wünschenswert sein kann, das einzubauende Förderrohr zu drehen. Der Drehgelenkkörper 60 hat einen U- förmigen Haken, der zwei beabstandete Arme 61 bildet, die eine Verlängerung 63 aufnehmen, die in das angrenzende Ende der Rohrleitung 38 geschraubt ist und gelenkig mit den Armen 61 über einen Stift oder einen Bolzen 64 verbunden ist.
• Die Verlängerung oder Hülse 63 ist normalerweise in ein Ende des Förderrohrs 38 geschraubt, das aus einer Vielzahl verschweißter Abschnitte gebildet ist, wie es bei Pipelines üblich ist. Es ist aber verständlich und im Stand der Technik gut bekannt, daß die Verlängerung oder Hülse 63 über andere Mittel an einem Förderrohr befestigt werden könnte, wie etwa z.B. durch Schweißen, eine Schraubverbindung oder andere Arten von geschraubten Verbindungen. Der Räumer 40 hat einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des Förderfutterrohrs 38, um so einen geeigneten Ringraum A in der Öffnung D mit dem vergrößerten Durchmesser zu bilden. Wenn z.B. das Förderfutterrohr oder die Leitung 38 einen Durchmesser von zwanzig (20) Zoll (50,8 cm) hat, kann der Räumer 40 einen Durchmesser von dreißig (30) Zoll haben, um einen Ringraum von fünf (5) Zoll (12,7 cm) um die äußere Umfangsfläche des Förderrohrs 38 zu bilden.
• Wie schematisch in Fig. 10 gezeigt ist, wird dem Bohrgestänge 10 Schlamm aus einem Schlammbehälter mit einer oberen Rutsche 68 zur Aufnahme geeigneten Materials für den Schlamm zugeführt. Der Schlamm aus dem Behälter 33 wird durch die Saugleitung 70, durch eine Verdrängerpumpe 72, durch die Leitung 74 zum Schlauch oder der Leitung 28 gepumpt. Eine schnellösbare Verbindung 76 ist zwischen der Schlammleitung 28 und der Leitung 74 vorgesehen. Alternativ kann, wenn gewünscht, Zement in Form eines Zementschlamms durch die Leitung 28 zum Bohrgestänge 10, wie später erläutert wird, gepumpt werden.
• Um Zement dem Ringraum A um die Pipeline 38 zuzuführen, wird eine Zementzuführleitung 78 mit der Leitung 28 an der Verbindung 76 verbunden. Eine Zementquelle ist schematisch bei 80 gezeigt und kann beispielsweise einen Zementmixer aufweisen, der Zement in einer Zuführleitung 82 zu einer Verdrängerpumpe 84 abläßt, um Zement, wenn gewünscht, mit einem vorbestimmten Druck und Volumen durch die Leitung 78 zum Bohrgestänge 10 zu schaffen. Die Pumpe 84 kann ein Hochleistungspumpfahrzeug sein und z.B. kann der Zement mit einem Druck von etwa vierhundert (400) psi (281228 kg/m²) bei einem Volumen zwischen etwa fünfundzwanzig (25) und vierzig (40) Kubikfuß (0,7 bis 1,1 m³) pro Minute in Abhängigkeit von der Größe des Kreisringes A zugeführt werden.
• In der Praxis wird das Bohrloch B längs des vorbestimmten unterirdischen gekrümmten Weges P zwischen der Eintrittsöffnung O und der Austrittsöffnung E, wie in Fig. 1 gezeigt, gebohrt, wobei Bohrflüssigkeit oder Schlamm über die Pumpe 72 zur Leitung 28 und dem Bohrgestänge 10 zugeführt wird, um durch die Düse 30 im Bohrmeißel 14 abgegeben zu werden. Der Bohrmeißel 14 wird längs des vorbestimmten Weges P durch die Bewegung des hydraulischen Motors 16 auf dem Wagen 17 längs der geneigten Rampe 15 geschoben. Nach dem Austritt des Bohrmeißels 14 an der Austrittsöffnung E werden der Bohrmeißel 14 und der angebundene vordere Rohrabschnitt 12A vom Bohrgestänge 10 entfernt und der Räumer 40 wird daran angebracht. Dann wird das Bohrgestänge 10 zurückgezogen, um den Räumer 40 längs des Bohrloches B in entgegengesetzter Richtung, wie insbesondere in Fig. 2 gezeigt ist, zu ziehen, um das Pilotbohrloch B auf den vergrößerten bei D gezeigten Durchmesser zu vergrößern. Normalerweise wird an einem Ort etwa fünfzig (50) bis einhundert (100) Fuß (15,2 bis 30,4 m) von der Öffnung O der Ausräumvorgang gestoppt, und der Räumer 40 wird dann zurück durch die vergrößerte Öffnung D zur Austrittsöffnung E gedrückt, um mit der Pipeline 38 verbunden zu werden. Während des Ausräumvorgangs wird Bohrschlamm durch die Verdrängerpumpe 72 von dem Schlammbehälter 33 durch die Leitung 74 zur Versorgungsleitung 28 gefördert.
• Nach dem Zurückziehen des Räumers 40 zur Austrittsöffnung E werden das Drehgelenk 52 und das vordere Ende der Pipeline 38 bei der Verbindung 51 mit dem Räumer 40 verbunden. Ebenso wird die Leitung 28 mit der Zementleitung 78 an der lösbaren Verbindung 76 nach dem Lösen der Leitung 74 verbunden, so daß Zement durch den Schlauch 28 zum Bohrgestänge 10 geführt wird, um aus den Düsen 44 in den Ringraum A abgeladen zu werden. Dann werden der Räumer 40 und die Pipeline 28 längs der vergrößerten Öffnung D zur Eintrittsöffnung O gezogen, wobei der Zementschlamm kontinuierlich durch die Düsen 44 abgeladen wird, um den Ringraum A aufzufüllen. Der Einbau der Leitung 38 muß vor dem Zeitpunkt abgeschlossen sein, in dem der Zement abbindet, was z.B. etwa fünf (5) Stunden dauern kann. Geeignete Chemikalien können der Zementmischung beigegeben werden, um den Abbindezeitpunkt hinauszuzögern. Der verbleibende Teil der Bohrung B mit kleinem Durchmesser, der an die Eintrittsöffnung O angrenzt, wird geräumt, und die Pipeline 38 wird dann längs des gesamten ursprünglichen gekrümmten Weges P eingebaut, wobei der Zement einen gehärteten Ring oder Ringraum um die Pipeline 38 bildet, um die Pipeline 38 am Platz festzuhalten und um jegliche Auswasch- oder Erodierwirkung von Wasser oberhalb der vergrößerten Öffnung D zu minimieren.
• Wenn ein Förderrohr mit kleinem Durchmesser, wie etwa ein Telefonkabel mit einem Durchmesser von z.B. weniger als etwa vier (4) Zoll (10,2 cm) eingebaut wird, ist es nicht notwendig, das anfängliche Bohrloch B zu vergrößern, wenn das Kabel durch das anfängliche Bohrloch B gezogen werden kann, nachdem das Bohrgestänge mit dem Förderrohr nach dem Entfernen des Bohrmeißels 14 und des vorderen Bohrgestängeabschnitts 12A verbunden worden ist. Für diesen Zweck wird, wie in Fig. 11 gezeigt, ein zementabgebender Gewindeschutz, der im Ganzen mit 86 bezeichnet ist, mit dem Ende des Bohrgestänges 10 verbunden, nachdem der Abschnitt 12A entfernt worden ist. Der zementabgebende Gewindeschutz 86 hat eine Vielzahl um den Umfang herum beabstandeter Zementabgabedüsen 88 und ist an seinem nachgezogenen Ende mit einem Drehgelenk 52A verbunden. Das Drehgelenk 52A ist mit dem Förderkabel 38A verbunden, um die Dehn- oder Zugbelastungen zwischen dem Bohrgestänge 10A und dem Kabel 38A zu übertragen. Während das Bohrgestänge 10A normalerweise beim Ziehen des Kabels 38A durch das Bohrloch B gedreht wird, kann es wünschenswert sein, das Bohrgestänge 10A nicht zu drehen. Das Drehgelenk 52A ermöglicht ein Drehen des Bohrgestänges 10A, ohne daß sich das Kabel 38A dreht. Der Zement bildet einen Ringraum um das Kabel 38A auf dieselbe Weise wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 10, in dem ein Räumer 40 verwendet wird.
• Mit Bezug auf Fig. 12 wird ein abgewandeltes Verfahren beschrieben, bei dem das ursprüngliche Bohrgestänge 10B verwendet wird, um den Zementschlamm in den Ringraum aus dem vorderen Ende des vorderen Leitungsabschnitts 12B abzugeben. Das Pilotbohrloch B wird zuerst gebohrt, und der Bohrmeißel zusammen mit dem vorderen Leitungsabschnitt wird vom Bohrgestänge 10B an der Ausgangsöffnung entfernt. Dann wird das Bohrgestänge 10B zurück durch das Bohrloch B zur Eintrittsöffnung O gezogen.
• Danach wird Zementschlamm dem Bohrgestänge 10B durch die Leitung 28, wie in den in den Fig. 1-11 gezeigten Ausführungsbeispielen zugeführt und danach wird das Bohrgestänge 10B längs des Bohrloches B von der Eintrittsöffnung O zur Austrittsöffnung E gedrückt, wobei es gleichzeitig den Zementschlamm aus dem Ende des vorderen Leitungsabschnitts 12B in den Ringraum abgibt. Wenn das Bohrgestänge 10B die Austrittsöffnung E erreicht, wird die Bohrung im Bohrgestänge 10B mit sauberem Wasser gespült, um das Bohrgestänge vom Zement zu reinigen. Danach, wenn der Zement abgewunden hat, wird das Bohrgestänge 10B als Leitung oder Futterrohr verwendet, um ein Förderrohr oder Kabel mit einem kleinen Durchmesser aufzunehmen. Normalerweise wird ein Seil im eingemantelten Bohrgestänge 10B zurückgelassen, nachdem der Zementiervorgang abgeschlossen ist. Das Seil kann im Bohrgestänge 10B durch einen Rohrreiniger angeordnet werden, der durch das Bohrgestänge mit Druckluft geblasen wird, was zusätzlich dazu dient, das Bohrgestänge zu reinigen. Später wird das Rohr oder Kabel mit dem kleinen Durchmesser durch das Bohrgestänge 10B mit dem Seil von entweder der Ausgangsöffnung E oder der Eintrittsöffnung O gezogen. Die Einrichtung zum Drücken oder Ziehen des Bohrgestänges 10B durch das Bohrloch B ist mit der in den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 11 gezeigten identisch, und entsprechende Elemente sind mit gleichen Nummern unter Hinzufügung des Buchstabens0 "B" bezeichnet.
• Es kann wünschenswert sein, nur einen Teil der Länge des Bohrlochs B zu zementieren, wie etwa einen an die Austrittsöffnung E angrenzende oder an die Eintrittsöffnung O angrenzenden Teil, wenn diese Teile des Bohrloches B angedichtet werden sollen. Der Zement um das Bohrgestänge 10B hat eine Dicke von etwa einem (1) Zoll (2,5 cm) bei einem Bohrgestänge mit einem Außendurchmesser von fünf (5) Zoll (12,7 cm).

Claims (6)

1. Verfahren zum Bohren eines unterirdischen Bohrloches (P) zwischen zwei auseinanderliegenden Oberflächenorten (O, E), das eine Bohrkrone auf einem vorderen Bohrrohrabschnitt einer Bohrstange (10) verwendet und eine Leitung in dieses Bohrloch (P) einbringt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Vorschieben der Bohrstange (10) mit einer Bohrkrone (14) darauf von einem Oberflächeneintrittsort (O) zu einem Oberflächenaustrittsort (E), um das Bohrloch (P) zu bilden; und Abgeben von Bohrflüssigkeit aus dem vorderen Bohrrohrabschnitt während des Vorschiebeschrittes; gekennzeichnet durch:

das Verbinden eines Vorrates (80, 84) an Dichtmaterial mit der Bohrstange (10), und

nach dem Vorschiebeschritt das Bewegen der Bohrstange (10) längs des Bohrloches (P) zwischen dem Oberflächenaustritts- (E) und dem Oberflächeneintrittsort (O) während gleichzeitig Dichtmaterial aus dem vorderen Ende der Bohrstange (10) in das Bohrloch (P) abgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch:

das Entfernen der Bohrkrone (14) von der Bohrstange (10) an dem Oberflächenaustrittsort (E); und

das Verbinden einer Leitung mit der Bohrstange (10) an dem Oberflächenaustrittsort (E);

und bei dem der Bewegeschritt das Ziehen der Bohrstange (10) und der Leitung längs der Bohrloches (P) in der Richtung von dem Oberflächenaustrittsort (E) zum Oberflächeneintrittsort (O) aufweist während gleichzeitig Dichtmaterial durch die Bohrstange (10) zum Abgeben in das Bohrloch (P) angrenzend an das vordere Ende der Leitung bereitgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, weiter gekennzeichnet durch die Schritte:

des Anbringens eines Bohrlochräumers (40) an die Bohrstange (10) an dem Oberflächenaustrittsort (E) nach dem Entfernen der Bohrkrone (14);

des Ziehens der Bohrstange (10) und des Bohrlochräumers (40) längs des Bohrloches (P) in der Richtung von dem Oberflächenaustrittsort (E) zum Oberflächeneintrittsort (O) während der Bohrlochräumer (40) gedreht wird, wobei der Bohrlochräumer (40) eine vergrößerte Öffnung bildet; und

Drücken des Bohrlochräumers (40) längs der vergrößerten Öffnung in der Richtung von dem Oberflächeneintrittsort (O) zum Oberflächenaustrittsort (E);

wobei der Schritt des Verbindens das Verbinden der Leitung mit dem Bohrlochräumer (40) an dem Oberflächenaustrittsort (E) augweist;

und wobei der Schritt des Ziehens das Ziehen des Bohrlochräumers (40) und der Leitung längs der vergrößerten öffnung in der Richtung von dem Oberflächenaustrittsort (E) zum Oberflächeneintrittsort (O) aufweist, während gleichzeitig Dichmaterial aus dem Bohrlochräumer (40) in den Ringraum zwischen der Leitung und der angrenzenden Oberfläche der vergrößerten Öffnung abgegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, weiter gekennnzeichnet durch den Schritt des Vergrößerns des Bohrloches (P), nach dem Vorschiebeschritt und vor dem Schritt des Ziehens.

5. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bewegens der Bohrstange (10) das Ziehen der Bohrstange (10) längs des Bohrloches (P) in der Richtung von dem Oberflächeneintrittsort (O) zum Oberflächenaustrittsort (E) aufweist, während gleichzeitig das Dichtmaterial in den Ringraum um die Bohrstange (10) abgegeben wird, um die Bohrstange (10) nach dem Abbinden des Dichtmaterials zu ummanteln.

6. Verfahren nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch den Schritt des Verbindens einer Leitung mit der Bohrstange (10) an dem Austrittsende;

und bei dem der Schritt des Bewegens der Bohrstange (10) das Ziehen der Bohrstange (10) und der mit ihr verbundenen Leitung längs des Bohrloches (P) in der Richtung vom Oberflächenaustrittsort (E) zum Oberflächeneintrittsort (O) aufweist, während gleichzeitig das Dichtmaterial aus dem vorderen Ende der Bohrstange (10) abgegeben wird, um die Leitung nach dem Abbinden des Dichtmaterials zu ummanteln.