DE4445334C1

DE4445334C1 - Lubricant used to lubricate pipes being propelled into ground

Info

Publication number: DE4445334C1
Application number: DE19944445334
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Zenker
Original assignee: Keller Grundbau GmbH
Current assignee: Keller Grundbau GmbH
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2014-12-20

Abstract

Lubricant (I) consists of a suspension of fine material obtd. from boring material having a grain size of less than 60 microns, and a borehole flushing additive in water. Also claimed is the mfr. of (I).

Description

Die Erfindung betrifft ein Schmiermittel zum Schmieren von Rohren gegenüber dem Gebirge beim Rohrvortrieb und ein Verfahren zur Herstellung und Verwendung eines solchen Schmiermittels zum Schmieren der Rohre beim Rohrvortrieb im Boden.The invention relates to a lubricant for lubricating pipes towards the mountains during pipe jacking and a method for Manufacture and use of such a lubricant for lubrication of pipes during pipe jacking in the ground.

Verfahren zum Rohrvortrieb sind allgemein bekannt und werden zur unterirdischen Herstellung von Rohrleitungen ausgehend von einem Schacht eingesetzt. Die zum Rohrvortrieb verwendete Anlage besteht dabei im wesentlichen aus einem Vortriebsschild am vorderen Ende, einer dahinter angeord neten Vortriebseinrichtung für den Vortriebsschild, einer Mehr zahl von nacheinander eingesetzten Rohren, sowie einer Pressen station im Schacht, die den Vortrieb der hinter der Vortriebs einrichtung liegenden Rohre bewirkt. Zur Verminderung der Rei bung wird zumindest während der Phasen des Vortriebs der Rohre durch die Pressenstation zwischen Gebirge und Rohr eine thixo trope Flüssigkeit, insbesondere Bentonit eingepreßt. Bei einer herkömmlichen Schmierung mit Bentonit wird eine 6%ige Suspension von Bentonit in Wasser verwendet, die hierfür gesondert herge stellt wird. Die Kosten für den Einsatz des Bentonits zur Schmierung beim Rohrvortriebsverfahren stellen einen nennenswer ten Faktor an den Gesamtkosten dar.Processes for pipe jacking are generally known and are used for the underground production of Pipelines are used starting from a shaft. The for The pipe jacking system consists essentially of a tunneling shield at the front end, one behind Neten tunneling device for the tunneling shield, a more Number of tubes inserted one after the other, as well as one press station in the shaft which is the jacking behind the jacking device pipes. To reduce the Rei Exercise is at least during the phases of driving the pipes a thixo through the press station between the mountains and Rohr tropical liquid, especially bentonite. At a conventional lubrication with bentonite becomes a 6% suspension of bentonite used in water, the herge separately is posed. The cost of using the bentonite for Lubrication in the pipe jacking process is noteworthy factor of the total cost.

Aus der PCT/US93/06231 ist eine Stützflüssigkeit für Bohrlöcher und Ausschachtungen auf Wasserbasis hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, Herstellung und Anwendung beschrieben. Das zugrundeliegende Problem ist es hierbei, Sickerverluste dieser Stützflüssigkeit über die Wände eines Bohrloches oder einer Ausschachtung zu minimieren. Es wird davon ausge gangen, daß auf Bentonit oder Attapulgit und/oder wasserlöslichen Polymeren, insbesondere teilweise hydraulisiertem Polyacrylamid basie rende Stützflüssigkeiten bereits bekannt sind. Es wird vorgeschlagen, die Herstellung der Stützflüssigkeit im Bohrloch bzw. der Ausschachtung selber vorzunehmen. Hierbei werden anionische Polymere als teilweise hydrierte und unlösliche Partikel der Aufschlämmung der Stützflüssig keit während des Bohrens bzw. Ausschachtens zugegeben. Durch diese Partikel sollen die Poren der Wandungen verschlossen werden, um Sicker verluste zu vermeiden. Ihre Größe beträgt zwischen 0,01 und 10 mm.From PCT / US93 / 06231 is a support fluid for boreholes and Water-based excavations with regard to their composition, Production and application described. The underlying problem is it, seepage losses of this support fluid over the walls of a To minimize borehole or excavation. It is assumed went that on bentonite or attapulgite and / or water soluble Polymers, especially partially hydraulic polyacrylamide based supporting fluids are already known. It is suggested, the production of the support liquid in the borehole or the excavation to make yourself. Here, anionic polymers are considered to be partial hydrated and insoluble particles of the slurry of the supporting liquid speed added during drilling or excavation. Through this Particles are used to seal the pores of the walls to prevent seepage to avoid losses. Their size is between 0.01 and 10 mm.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schmiermittel der genannten Art sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung beim Rohrvortrieb im Boden bereitzustellen, mittels derer bei im wesentlichen gleich guter Qualität der Schmierung der Rohre gegenüber dem Gebirge die Kosten für den Bentoniteinsatz beim Rohrvortrieb im Boden gesenkt werden können. Proceeding from this, it is an object of the present invention a lubricant of the type mentioned and a method its manufacture and use in pipe jacking in the ground by means of which essentially the same quality of pipe lubrication compared to the mountains, the cost of using bentonite when Pipe jacking in the ground can be lowered.

Die Lösung besteht darin, daß ein Schmiermittel bereitgestellt wird, das aus einer Suspension von aus Bohrgut gewonnenen Feinststoffan teilen mit Korngröße <60 µm, vorzugsweise <40 µm und einem Anteil eines polymeren Bohrspülungsadditives in Wasser besteht. Vorzugsweise kann hierbei 80-95 Gew.-% des Schmiermittels aus der Feinst stoffsuspension bestehen, die ein Mischungsverhältnis in den Grenzen 30-35 Gew.-% Feinststoffe bei einer Dichte von ca. 2,5 to/m³ und 65-70 Gew.-% Wasser haben kann. Ein wesentlicher Anteil des Schmiermittels steht damit kostenlos zur Verfügung. Als bevorzugtes Bohrspülungsadditiv kann ein hydrolysiertes Polyacrylamid mit hohem Molekulargewicht verwendet werden, z. B. das Handelsprodukt Stokopol® der Chemische Fabrik Stockhausen GmbH, Krefeld, DE. Dieses kann insbesondere in einer Größenord nung von ca. 1 Gew.-% zugegeben werden.The solution is to provide a lubricant is that from a suspension of fine material obtained from drilling material share with grain size <60 microns, preferably <40 microns and a proportion polymeric drilling fluid additives in water. Preferably can 80-95 wt .-% of the lubricant from the finest consist of a mixture ratio in the Limits 30-35% by weight of fine substances with a density of approx. 2.5 to / m³ and can have 65-70 wt% water. An essential one The proportion of the lubricant is thus available free of charge. As a preferred drilling fluid additive, a hydrolyzed High molecular weight polyacrylamide can be used, e.g. B. the Stokopol® commercial product from the Chemische Fabrik Stockhausen GmbH, Krefeld, DE. This can be of a magnitude in particular 1% by weight can be added.

Zur Verbesserung der Schmiereigenschaften kann dem Schmiermittel eine geringe Menge von Bentonit zugegeben werden, insbesondere in einer Größenordnung von ca. 6 Gew.-%. Die Ersparnis gegenüber einem Einsatz einer reinen Bentonitsuspension als Schmiermittel bleibt dennoch erheblich.The lubricant can improve the lubricating properties a small amount of bentonite can be added, especially in the order of approximately 6% by weight. The savings versus use of a pure bentonite suspension as a lubricant remains significant nonetheless.

Die Lösung besteht weiterhin in einem Verfahren der genannten Art, das so geführt wird, daß aus dem Bohrgut eine mit Feinststoffanteilen mit Korn größe < 60 µm, vorzugsweise < 40 µm, behaftete wäßrige Suspen sion abgeschieden wird, daß zumindest ein Teil der abgeschiede nen Feinststoffsuspension mit einem schmierfähigen, insbesondere polymeren Bohrspülungsadditiv angereichert wird und daß die so erzeugte Mehrkomponenten-Suspension als Schmiermittel zum Schmieren der Rohre gegenüber dem Gebirge verwendet wird. Hier mit wird das Schmiermittel im Rohrvortriebsverfahren selbst mit zur üblichen Aufbereitung der Bohrspülung ohnehin vorhandenen Mitteln erzeugt werden können. The solution still consists in a method of the type mentioned that is performed that from the drilling material with fine material with grain size <60 µm, preferably <40 µm, afflicted aqueous suspensions sion is deposited that at least part of the deposited NEN fine suspension with a lubricious, in particular polymeric drilling fluid additive is enriched and that the so generated multi-component suspension as a lubricant for Lubrication of the pipes against the mountain is used. Here with the lubricant itself in the pipe jacking process for the usual preparation of the drilling fluid already available Means can be generated.

Die Behandlung des Bohrgutes umfaßt dabei vorzugsweise das Durchleiten durch ein Grobsieb mit einem Austrag von Siebantei len < 3 mm, eine anschließende Behandlung in einem Hydrozyklon zum ersten Austragen von Feinschlamm mit einer Korngröße < 100 µm, das Durchlaufen des Unterlaufs des Hydrozyklons durch ein Feinsieb sowie das Überführen des Austrags und des Siebdurch laufs in einen Multizyklon, d. h. eine Einheit aus mehreren kleinen Hydrozyklonen, zum zweiten Austragen von Feinschlamm mit Korngröße < 60 µm, vorzugsweise < 40 µ, der einem Umlaufbehälter zugeführt wird.The treatment of the drilling material preferably includes that Passing through a coarse sieve with a sieve discharge len <3 mm, a subsequent treatment in a hydrocyclone for the first discharge of fine sludge with a grain size <100 µm, passing through the underflow of the hydrocyclone through a Fine screen as well as transferring the discharge and the screen run into a multicyclone, d. H. a unit of several small hydrocyclones, for the second discharge of fine sludge Grain size <60 microns, preferably <40 microns, of a circulation container is fed.

Gemäß der Erfindung wird die aus dem Überlauf des Zyklons bzw. der Zyklone zurückgewonnene Suspension, die Feinstschlammanteile enthält, eingedickt, wobei sie mit dem genannten polymeren Bohr spülungsadditiv versehen wird. Ein Teil des hiermit gewonnenen Erzeugnisses wird dann als Schmiermittel für die Rohrschmierung eingesetzt, während der übrige Teil weiter eingedickt und ent sorgt wird.According to the invention, the overflow of the cyclone or of the cyclones recovered suspension, the fine sludge contains, thickened, with the said polymeric Bohr flushing additive is provided. Part of what has been won The product is then used as a lubricant for pipe lubrication used, while the remaining part further thickened and ent will worry.

In bevorzugter Weise wird als polymeres Bohrspülungsadditiv ein teilweise hydrolysiertes Polyacrylamid von hohem Molekularge wicht in wäßriger Suspension verwendet. Der vorteilhafterweise eingesetzte Anteil der genannten Bohrspülungsadditivsuspension beträgt ca. 3 Gew.-% des Schmiermittels. Es können hierbei im Vergleich mit dem Einsatz einer Suspension von Bentonit wesent liche Kosten gespart werden.A polymeric drilling fluid additive is preferably used high molecular weight partially hydrolyzed polyacrylamide important used in aqueous suspension. The advantageously portion of the drilling fluid additive suspension used is about 3% by weight of the lubricant. You can do this in Comparison with the use of a suspension of bentonite essential saving costs.

Der Umstand, daß der Feinststoffanteil, der bis zu 40 Gew.-% des abgebohrten Bodens betragen kann, nur zum Teil entsorgt zu wer den braucht, während ein erheblicher Teil in die Bohrung zurück geführt wird, führt zu einer weiteren Reduzierung von Kosten.The fact that the fines content, up to 40 wt .-% of drilled soil can only be partially disposed of that needs while a substantial portion is returned to the hole leads to a further reduction in costs.

In bevorzugter Ausführung wird zusätzlich zur Zugabe des genann ten polymeren Spülungsadditives noch ein geringer Anteil von Bentonitsuspension zum Schmiermittel zugegeben. Der dabei gün stigerweise eingesetzte Anteil dieser Suspension beträgt ca. 10 Gew.-% des Schmiermittels. Hierbei kann die Wirkung gegenüber der zuvor definierten Mehrkomponentensuspension ebenso wie gegenüber einer reinen Bentonitsuspensions-Schmierung wesentlich verbes sert werden. Die erforderlichen Pressendrücke sinken ab, d. h. die mögliche Bohrstrecke wird bei gleicher Pressenleistung grö ßer.In a preferred embodiment, the addition of the genann polymeric rinse additives still a small proportion of Bentonite suspension added to the lubricant. The gün proportion of this suspension used is approximately 10% by weight of the lubricant. Here, the effect against the previously defined multi-component suspension as well as opposite a pure bentonite suspension lubrication much better be tested. The required press pressures decrease, i. H. the possible drilling distance is increased with the same press output esser.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachste hend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spieles beschrieben.The method according to the invention will be carried out next Based on an exemplary embodiment shown in the drawing game described.

Die Figur zeigt einen senkrechten Schnitt durch das Gebirge 1 im Bereich einer Bohrstelle. Ausgehend von einem Schacht 2 ist eine Bohrung 3 vorgetrieben, an deren vorderen Ende eine Schildma schine 4 erkennbar ist. Dahinter ist die Bohrung 3 durch eine Verrohrung 5 abgestützt. Am Ende einer Rampe 6 ist eine Pressen station 7 in einer eingezogenen Stellung zum Einsetzen eines neuen Rohrabschnittes dargestellt. Aus einem Umlaufbehälter 9 wird über eine Speisepumpe 10 und eine Speiseleitung 11 der Schildmaschine 4 Bohrspülung zugeführt. Die weiteren Anlagen teile stehen wie der Umlaufbehälter 9 auf der Erdoberfläche 8 auf.The figure shows a vertical section through the mountains 1 in the area of a drilling site. Starting from a shaft 2 , a bore 3 is driven, at the front end of which a Schildma machine 4 can be seen. Behind it, the bore 3 is supported by piping 5 . At the end of a ramp 6 , a press station 7 is shown in a retracted position for inserting a new pipe section. Drilling fluid is supplied to the shield machine 4 from a circulation container 9 via a feed pump 10 and a feed line 11 . The other parts of the system stand like the circulation tank 9 on the earth's surface 8 .

Mittels einer Förderpumpe 12 wird über eine Förderleitung 13 Bohrgut von der Bohrstelle entfernt. Über ein Grobsieb 14 werden Siebanteile < 3 mm aus dem Bohrgut abgeschieden. Über eine Zu führpumpe 15 wird dann das Material aus dem Siebdurchlauf 35 über eine Leitung 36 auf einen ersten Hydrozyklon 16 aufgegeben, in dem Kornanteile < 100 µm ausgetragen werden. Der Unterlauf wird über ein Feinsieb 17 geleitet. Mit dem Feinsieb 17 werden Kornanteile < 40 µm abgeschieden. Der Austrag aus dem Überlauf 37 des Hydrozyklons 16 wird mit dem Siebdurchlauf 38 des Feinsiebs 17 vereinigt. Eine Zuführpumpe 18 fördert das vereinte Material, nämlich aus dem Überlauf 37 und dem Siebdurchlauf 38 des Hydro zyklons 16 über eine Leitung 39 auf einen zweiten Multizyklon 19, in dem Kornanteile < 40 µm ausgetragen werden. Der Unterlauf des Multizyklons 19 wird ebenfalls auf das Feinsieb 17 gegeben. Der Austrag aus dem Überlauf 40 des Multizyklons 19 geht in den eingangs genannten Umlaufbehälter 9 zurück. Der Inhalt des Um laufbehälters 9 wird auf diese Weise ständig mit Feinststoffen < 40 µm Korngröße angereichert. Die Feinststoffe setzen sich am Boden des Umlaufbehälters 9 in Form von wäßrigem Feinststoff schlamm ab. Dieser wird am Unterlauf 41 von einer Zuführpumpe 21 abgesaugt und über eine Zuführleitung 42 einem Eindicker 22 zugeführt. Zugleich wird über einen Anschluß 47 diesem Feinst stoffschlamm eine wäßrige Lösung eines Bohrspüladditivs zuge führt, das als Flockungsmittel wirkt. Am Boden des Eindickers 22 setzen sich die Feinststoffe dadurch in höherer Konzentration ab. Das überstehende Wasser fließt über eine Rücklaufleitung 30 aufgrund geodatischen Gefälles zum Umlaufbehälter 9 zurück. Das eingedickte Material wird vom Ablauf 43 des Eindickers 22 mit einer Schlammpumpe 23 über eine Leitung 44, die sich in Verzwei gungsleitungen 45, 46 teilt, zum einen in einen Schlammentsor gungsbehälter 24 und zum anderen in einen Feinstschlammrückführ behälter 26 gepumpt. Aus dem Schlammentsorgungsbehälter 24 wird die nicht verwertbare Menge an Feinstschlamm über den Ablauf 25 abgelassen, die entsorgt werden muß. Dem Feinstschlammrückführ behälter 26 wird über einen Anschluß 48 eine wäßrige Bentonit suspension zugegeben, die die Schmierfähigkeit der so erzeugten Schmierflüssigkeit verbessert. Aus dem Ablauf 27 des Feinst schlammrückführbehälters 26 fördert eine Zuführpumpe 28 die in dieser Weise konditionierte Schmierflüssigkeit über eine Leitung 29 in den Spalt zwischen Verrohrung 5 und Gebirge 1. Dem Umlauf behälter 9 wird außer dem Material aus dem Überlauf 40 und dem geklärten Wasser aus dem Rücklauf 30 über einen weiteren An schluß 20 bedarfsweise Wasser zugeführt, um die Bohrspülung zu konditionieren, die mittels der Pumpe 10 in die Speiseleitung 11 gefördert wird, aus der die Schildmaschine 4 mit der Bohrspülung versorgt wird, wie eingangs bereits beschrieben.By means of a feed pump 12 , drillings are removed from the drilling site via a feed line 13 . Sieve portions <3 mm are separated from the drilling material via a coarse sieve 14 . Via a feed pump 15 , the material from the sieve pass 35 is then fed via a line 36 to a first hydrocyclone 16 , in which grain fractions <100 μm are discharged. The underflow is passed through a fine sieve 17 . Grain fractions <40 µm are separated with the fine sieve 17 . The discharge from the overflow 37 of the hydrocyclone 16 is combined with the sieve pass 38 of the fine sieve 17 . A feed pump 18 promotes the combined material, namely from the overflow 37 and the sieve pass 38 of the hydro cyclone 16 via a line 39 to a second multicyclone 19 in which grain fractions <40 μm are discharged. The underflow of the multicyclone 19 is also placed on the fine sieve 17 . The discharge from the overflow 40 of the multicyclone 19 goes back into the circulation container 9 mentioned at the beginning. The content of the order container 9 is constantly enriched in this way with fines <40 microns grain size. The fines settle on the bottom of the circulation tank 9 in the form of aqueous fines from mud. This is sucked off at the underflow 41 by a feed pump 21 and fed to a thickener 22 via a feed line 42 . At the same time, an aqueous solution of a drilling fluid additive, which acts as a flocculant, is supplied to this ultra-fine mud via a connection 47 . The fines settle at the bottom of the thickener 22 in a higher concentration. The excess water flows back to the circulation tank 9 via a return line 30 due to the geodatic gradient. The thickened material is pumped from the outlet 43 of the thickener 22 with a slurry pump 23 via a line 44 , which is divided into branching lines 45 , 46 , on the one hand into a sludge supply container 24 and, on the other hand, into a fine sludge return container 26 . From the sludge disposal container 24 , the unusable amount of fine sludge is discharged via the outlet 25 , which must be disposed of. The fine sludge return container 26 is added via a connection 48, an aqueous bentonite suspension, which improves the lubricity of the lubricant thus produced. From the outlet 27 of the ultrafine sludge recirculation container 26 , a feed pump 28 conveys the lubricating fluid conditioned in this way via a line 29 into the gap between the piping 5 and the rock 1 . The circulation container 9 is supplied in addition to the material from the overflow 40 and the clarified water from the return 30 via a further connection 20, if necessary, water to condition the drilling fluid, which is conveyed by means of the pump 10 into the feed line 11 , from the the shield machine 4 is supplied with the drilling fluid, as already described at the beginning.

BezugszeichenlisteReference list

1 Gebirge
2 Schacht
3 Bohrung
4 Schildmaschine
5 Verrohrung
6 Rampe
7 Pressenstation
8 Erdoberfläche
9 Umlaufbehälter
10 Speisepumpe
11 Speiseleitung
12 Förderpumpe
13 Förderleitung
14 Grobsieb
15 Zuführpumpe
16 Hydrozyklon I
17 Feinsieb
18 Zuführpumpe
19 Multizyklon II
20 Frischwasserzuführung
21 Zuführpumpe
22 Eindicker
23 Zuführpumpe
24 Tank
25 Unterlauf
26 Tank
27 Unterlauf
28 Pumpe
29 Leitung
30 Rücklaufleitung
35 Siebdurchlauf
36 Zuführleitung
37 Überlauf I
38 Siebdurchlauf
39 Zuführpumpe
40 Überlauf II
41 Unterlauf
42 Zuführleitung
43 Unterlauf
44 Zuführleitung
45 Verzweigungsleitung
46 Verzweigungsleitung
47 Bohrspülanschluß
48 Bentonitanschluß 1 mountains
2 shaft
3 hole
4 shield machine
5 piping
6 ramp
7 press station
8 Earth's surface
9 circulation tanks
10 feed pump
11 feed line
12 feed pump
13 delivery line
14 coarse sieve
15 feed pump
16 hydrocyclone I
17 fine sieve
18 feed pump
19 Multicyclone II
20 fresh water supply
21 feed pump
22 thickeners
23 feed pump
24 tank
25 underflow
26 tank
27 underflow
28 pump
29 line
30 return line
35 sieve pass
36 supply line
37 Overflow I
38 sieve pass
39 feed pump
40 overflow II
41 underflow
42 supply line
43 underflow
44 feed line
45 branch line
46 branch line
47 Drilling irrigation connection
48 Bentonite connector

Claims

1. Lubricant for lubricating pipes with respect to the Geb ge ge during pipe jacking in the ground, characterized in that it consists of a suspension of fine material parts obtained from drilling material with grain size less than 60 microns and a proportion of a lubricating drilling fluid additive in water.

2. Lubricant according to claim 1, characterized, that the fines content a grain size less than 40 microns exhibit.

3. Lubricant according to one of claims 1 or 2, characterized, that the drilling fluid additive is a polymer, especially a partially hydrolyzed polyacrylamide, of high molecular weight lar weight is.

4. Lubricant according to one of claims 1 to 3, characterized, that the suspension contains about 1 wt .-% drilling fluid additive.

5. Lubricant according to one of claims 1 to 4, characterized, that the suspension has a share of bentonite.

6. Lubricant according to claim 5, characterized, that the suspension contains about 6% by weight of bentonite.

7. Method of making and using a lubricant means according to one of claims 1 to 6 for lubricating the Pipes opposite the mountains during pipe jacking in the ground, characterized, that from the drilling material with fine material with grain deposited <60 µm aqueous suspension is that at least part of the deposited fines stock suspension with a lubricating drilling fluid additive tiv enriched and that the multi-comp nenten suspension as a lubricant for lubricating the pipes towards the mountains.

8. The method according to claim 7, characterized, that the fines suspension at a ratio of 35-30 wt .-% Fine substances thickened to 65-70% by weight of water becomes.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized, that a small amount of bentonite is added to the lubricant will.

10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the lubricant in% by volume
up to 87% aqueous fine substance suspension
at least 10% aqueous bentonite suspension and
at least 3% aqueous drilling fluid additive emulsion
will be produced.