DE643397C - Verfahren zur Herstellung von Tiefbohrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Tiefbohrungen durch Schmelzen bzw. Bildsammächen der Masse, in der man die Bohrung bewirken will. Gemäß der Erfindung läßt man zu diesem Zweck einen elektrischen Strom zwischen Elektroden übergehen, die in die am Boden des Bohrloches zuvor geschmolzenen Bestandteile eintauchen. Die Bodenbestandteile, die hierdurch geschmolzen werden, bilden nachher die Wände des Bohrloches, während der Druck innerhalb des Bohrloches höher als außerhalb ist.
Es hat sich herausgestellt, daß, wenn man die zum Schmelzen der Erdschichten notwendige Wärme mittels einer geschmolzenen Schlacke erzeugt, in welche die Elektroden tauchen, eine starke Hitzeansammlung in unmittelbarer Nähe des zu schmelzenden Materials erhalten wird. Man kann z. B. zwei Elektroden in die Schmelze eintauchen lassen, falls ein gewöhnlicher zweiphasiger Wechselstrom verwendet werden soll (Gleichstrom ist meistens nicht zu empfehlen, weil dabei korrodierende Wirkungen stattfinden), oder man kann z. B. drei Elektroden in die Schmelze tauchen lassen, um einen dreiphasigen Wechselstrom anzuwenden.

Um den Schmelzvorgang einzuleiten, kann man zunächst eine künstliche Schlacke bilden, indem man die Elektroden über einen dünnen Widerstandsdraht miteinander verbindet, der in eine Glasmasse eingebettet ist.

Beim Einschalten des Stromes wird dann der Widerstandsdraht erhitzt, so daß er das Glas zum Schmelzen bringt, das dadurch leitend wird und den Stromdurchgang ermöglicht, nachdem der Widerstandsdraht geschmolzen ist. Ist erst einmal eine solche einleitende Schmelze gebildet, dann wird von dem Strom selbst neue Fließmasse gebildet. Ein Teil des am Boden des Bohrloches ge-. schmolzenen Materials (die Menge ist abhängig von der Porosität der Erdschichten) ist zur Bildung der Wände des Bohrloches erforderlich, während der andere Teil aus dem Bohrloch entfernt wird.

Die Elektroden werden vorzugsweise aus Wolfram, Molybdän, Tantal, Carbiden oder einem ähnlichen Stoff hergestellt. Da Wolfram von Sauerstoff, Wasserdampf und anderen sauerstoffhaltigen Gasen stark angegriffen wird, ist es wichtig, daß im Bohrloch eine die Korrosion verhindernde Gasatmosphäre, z. B. aus Stickstoff oder Wasserstoff oder beiden, aufrechterhalten wird. Da ein Teil der geschmolzenen Masse zur Bildung des Bohrloches dient und der andere Teil der Masse aus dem Bohrloch entfernt wird, senkt sich der Spiegel der Schlacke, bis die Elektroden freigelegt werden, was sich sogleich in einer Änderung der Stromstärke bemerkbar macht. Es bildet sich unter Verminderung der Stromstärke ein kleiner Lichtbogen, was z. B. mittels eines Telephons wahrgenommen werden kann.

Die Erhitzung des Bodens des Bohrloches mittels der eingetauchten Elektroden ist außerordentlich vorteilhaft, weil die Wärmeentwicklung vollständig in der geschmol^ nen Masse selbst stattfindet und die Temperatur in der Masse selbst auftritt; durch sind die Verluste durch Strahlung u' Leitung sehr gering. Es ist daher auch nicht notwendig, die Stromzuführungsleitungen zu ίο kühlen. Diese können vielmehr gegen die von der Schmelze ausgestrahlte Wärme geschützt werden, indem man einen feuerfesten Schirm zwischen den Elektroden an einer Stelle anbringt, die etwas oberhalb der Oberfläche der geschmolzenen Schlacke liegt, und die Elektroden mit den Stromzuführungsleitern mit Hilfe von Zwischenstücken aus einem Metall, wie Nickel, Molybdän o. dgl., verbindet, das einen höheren Schmelzpunkt als die gewöhnlich aus Kupfer oder Kupferlegierungen bestehenden Stromleiter besitzt. Der feuerfeste Schirm schützt auch die Schlacke gegen Abkühlung. Das beste Material für die Elektroden ist Wolfram, obwohl auch andere schwer schmelzbare Metalle, wie Carbide oder Nitride, verwendet werden können. Bei Verwendung einer geeigneten Atmosphäre im Bohrloch werden Wolframelektroden nur wenig angegriffen, so daß sie längere Zeit verwendet werden können.

Es ist zweckmäßig, die durch das Bohrloch zu führenden elektrischen Leiter auf Trommeln zu wickeln und innerhalb eines unter Druck stehenden Aufsatzes, der sich oben an das Bohrloch anschließt, unterzubringen oder aber die Leiter von außen durch den Aufsatz hindurchzuführen. Das das Bohrloch füllende Gas, vorzugsweise Wasserstoff, Erdgas, Stickstoff oder Ammoniak bzw. das aus diesen durch Zersetzung erhaltene Wasserstoff - Stickstoff - Gemisch, kann aus der Schlacke oder in anderer Weise Bestandteile aufnehmen (O₂, H₂O, CO₂), welche die Wolframelektroden angreifen. Es ist daher äußerst wichtig, diese Stoffe zu beseitigen, bevor das Gas von neuem verwendet wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig. ι ist eine schematische Darstellung eines Teiles einer Vorrichtung zur Herstellung von Tiefbohrungen gemäß der Erfindung. Fig. 2 zeigt die Durchführung der Strom leiter durch den Aufsatz über dem Bohrloch. Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, die dazu dient, die herabhängenden Elektrodenkabel in der gewünschten Höhe im Bohrloch zu halten.

In Fig. ι ist 1 die aus geschmolzenen Bestandteilen der Erdschichten bestehende Wand des Bohrloches; 2 ist ein Zwischenstück zwischen dem eigentlichen Bohrloch und dem Aufsatz 3. Von dem Aufsatz häncn drei Stromzuführungsleiter 4 in das Bohrherab, deren jeder mit einer Elektrode 5 ist. Über die Leiter 4 wird den Elektroden 5 ein dreiphasiger Wechselstrom zugeführt. Die aus Wolfram bestehenden Elektroden 5 tauchen in die bereits geschmolzene Schlacke 36 und sind mit den Leitern 4 mit Hilfe von Zwischenstücken 6 aus Molybdän oder Nickel verbunden. Die Elektroden sind dabei, von oben gesehen, in einem Dreieck angeordnet.

Zu Beginn des Bohrens oder nach dem Einsetzen neuer Elektroden muß der Schmelzvorgang zunächst eingeleitet werden. Hierzu kann man die Elektroden durch einen Widerstandsdraht (Nichrom) verbinden, der in einen leicht schmelzbaren Stoff, wie Glaspulver, eingebettet ist. Dieser Draht wird zum Glühen gebracht, bis er das Glas schmilzt, das dadurch leitend wird und eine flüssige Schlacke bildet, in welche die Elektroden tauchen. Der so eingeleitete Schmelzvorgang erhält sich dann selbst aufrecht. Die Leiter 4 sind durch Rohre 7 in dem Aufsatz 3 geführt (Fig. 2), und dabei ist dafür Sorge zu tragen, daß kein Gas durch die Rohre 7 entweichen kann, aber dennoch die Rohre auf den Leitern verschoben werden können. Dazu können die Rohre 7 oben und unten mit einer Stopfbüchse 8 ausgerüstet sein. Der Anschluß der Leiter 4 an den Rohren 7 ist derart, daß im allgemeinen die Leiter nur mit den Rohren zusammen bewegt werden können. Die Rohre 7 gehen durch den Deckel des Aufsatzes 3 hindurch, wobei der Abschluß durch eine Stopfbuchse 9 gesichert wird. Natürlich müssen die Leiter 4 von dem Deckel des Aufsatzes elektrisch isoliert sein. Die Senkung der Elektroden in dem Bohrloch wird dadurch herbeigeführt, daß die Rohre 7 nach unten bewegt werden. Sobald jedoch das obere Ende des Rohres 7 die Stopfbuchse 9 berührt, wird der Leiter 4 mittels einer innerhalb des Aufsatzes liegenden Klemmvorrichtung 33, die von außen bedient werden kann, festgehalten, so daß das Rohr 7 wieder hochgezogen werden kann. Nimmt das Rohr 7 wieder seine höchste Stellung ein, so wird die Klemmvorrichtung 33 losgelassen, und nun kann das Rohr mit dem Kabel wieder regelmäßig gesenkt werden.

Der Aufsatz 3 ist mit einem Schieberverschluß 32 ausgerüstet. Dieser kann nur in seine Schließstellung gebracht werden, wenn die Elektroden 5, z. B. zu ihrer Erneuerung, »ao völlig hochgezogen sind. Wenn der Schieber geschlossen ist, bleibt der Druck im

Bohrloch erhalten. Man kann dann den Deckel des Aufsatzes 3 abheben und die Elektroden erwünschtenfalls erneuern.

Der Strom kann z. B. von einem auf einem Traktor aufgestellten Generator geliefert werden, der von einem Ölmotor angetrieben wird. Auf dem Traktor können dann das Schaltbrett mit Strom- und Spannungsmessern und die Rollen für die Stromzuführungsleiter 4 angeordnet sein. Ein Telephon 37 dient dazu, anzuzeigen, wenn die Elektroden aus der Schlacke ragen.

Die geschmolzene Schlacke liat gewöhnlich einen Widerstand in der Größenordnung von ι Ohm bei einem Elektrodenabstand von ι ο cm, so daß leicht eine große Energiemenge in einem kleinen Raum der geschmolzenen Schlacke entwickelt werden kann. Um Wärmeverluste zu verhindern und die Stromzuführungsleiter gegen, strahlende Hitze zu schützen, sind die Elektroden an ihren oberen Enden mit einem feuerfesten Schirm 38 versehen, der z. B. aus Quarz, Zirkonoxyd oder einem anderen feuerfesten, elektrisch isolierenden Material bestehen kann.

Um den Abstand zwischen den frei hängenden Elektroden und im allgemeinen die Lage der Elektroden und ihrer Stromzuführungsleiter untereinander und in bezug auf die Wand des Bohrloches möglichst gleich zu halten, werden in, verschiedenen Höhen des Bohrloches Abstandsstücke 46 angebracht, die in Fig. 3 in vergrößertem Maßstab wiedergegeben sind. Sie bestehen zweckmäßig aus elektrisch isolierendem Material, z. B. Kautschuk, und sind derart elastisch, daß sie sich auf den Leitern 4 bzw. dem Rohre 10, welches zum Herausschaffen von Teilen der geschmolzenen Bestandteile dient, festklemmen und somit auf und nieder gehen, aber dennoch in bezug auf die Leiter und das Rohr verschoben werden können. Beim Hochziehen der Leiter 4 werden die Abstandsstücke 46 mit bis an den Deckel des Aufsatzes hochgezogen, der sie nacheinander _a festhält, so daß sie alle aneinanderliegen, wenn die Elektroden völlig hochgezogen sind.

Um zu verhindern, daß beim Herablassen

der Elektroden die Abstandsstücke alle zusammen mit nach unten geführt werden, kann eine Vorrichtung in Art einer Gabel vorgesehen sein, die ähnlich wie der Schieber 32 von außen her in und außer Arbeitsstellung gebracht werden kann, um die Ab-Standsstücke einzeln in den gewünschten Zeitabständen mit den Leitern abwäits wandern zu lassen. Sobald die Elektroden herabgelassen werden, bringt man die Gabel in Wirkung. Diese hält zunächst alle Ab-Standsstücke fest, bis die Elektroden eine Tiefe erreicht haben, für welche die Verwendung eines Abstandsstückes notwendig wird. Jetzt wird die Gabel zurückgezogen, während die Elektroden über die Dicke eines Abstandsstückes weiter gesenkt werden, worauf die Gabel wieder in ihre Arbeitsstellung gebracht wird. ' Auf diese Weise wird ein Abstandsstück frei gelassen, das dann mit den Elektroden nach unten geht. Sobald dieses erste Abstandsstück eine bestimmte Tiefe erreicht hat, wird ein zweites Abstandsstück mit den Leitern herabgelassen usw.

Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung beruht auf der großen Hitze, die am Boden des Bohrloches erzeugt wird. Durch die Hitze am Boden des Bohrloches erhält man nicht nur eine geschmolzene Schlacke, sondern es wird auch die Masse in der LTmgebung des Bodens des Bohrloches plastisch und von dem herrschenden Druck verdichtet und nach außen gepreßt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Tiefbohrungen durch Schmelzen bzw. Bildsammachen der Masse, in der man die Bohrung bewirken will, dadurch gekennzeichnet, daß man einen elektrischen Strom zwischen Elektroden übergehen läßt, die in die am Boden des Bohrloches zuvor geschmolzenen Bestandteile eintauchen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ties Boibrloehestem die Korrosion verhinderndes Gas, vorzugsweise Wasserstoff, unter Druck gehalten wird, das sorgfältig von Sauerstoff, Kohlensäure und Wasserdampf befreit ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des elektrischen Stromes zwischen den Elektroden ein- oder mehrphasiger Wechselstrom angewendet wird.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3j gekennzeichnet durch einen druckfesten Aufsatz, der sich unmittelbar oder mittelbar an das Bohrloch anschließt, Elektroden aus hochschmeizendem Material, die an den Enden von in das, Bohrloch hängenden Stromzuführungsleitern befestigt sind, und Mittel zum Aufundabbewegen dieser Stromleiter.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Wolfram bestehen und mit den z. B. aus Kupfer oder Kupferlegierungen be- 12c stehenden Stromzuführungsleitern über Zwischenstücke aus einem Metall (Nickel,

Molybdän usw.) mit einem zwischen dem Schmelzpunkt des Wolframs und dem des Kupfers liegenden Schmelzpunkt verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch, gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden in geringem Abstand über der Schmelze ein Schirm aus einem hochfeuerfesten, bei hoher Temperatur elektrisch isolierend bleibenden Stoff, z. B. Quarz, Zirkonoxyd o. dgl., angebracht ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungsleiter (4) für die Elektroden (5) durch Rohre (7) in dem Aufsatz (3) geführt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7) in dem Aufsatz (3) auf und ab bewegbar angebracht sind und daß eine Vorrichtung (33) vorgesehen ist, mittels deren die Stromzuführungsleiter (4) innerhalb des Aufsatzes festgehalten werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen