EP1654436B1 - Verfahren zum thermischen bohren von löchern in eis und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

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EP1654436B1
EP1654436B1 EP04738828A EP04738828A EP1654436B1 EP 1654436 B1 EP1654436 B1 EP 1654436B1 EP 04738828 A EP04738828 A EP 04738828A EP 04738828 A EP04738828 A EP 04738828A EP 1654436 B1 EP1654436 B1 EP 1654436B1
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EP
European Patent Office
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ice
melting
drill head
hot water
flushing
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP04738828A
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French (fr)
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EP1654436A2 (de
Inventor
Erich Dunker
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Alfred Wegener Insitut fuer Polar und Meeresforschung
Original Assignee
Alfred Wegener Insitut fuer Polar und Meeresforschung
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/14—Drilling by use of heat, e.g. flame drilling
    • E21B7/15—Drilling by use of heat, e.g. flame drilling of electrically generated heat
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/008—Drilling ice or a formation covered by ice

Definitions

  • the present invention relates to a method for the thermal drilling of holes in ice as well as to an apparatus for the application of the method with a hot water heatable drill head and a supply and an up and down hauling crane device.
  • Ice drilling is needed for different purposes.
  • One major field of application is polar research, which involves the extraction of ice samples in the form of cores from the different ice regions of the polar caps, the in-situ creation of vertical ice profiles for various parameters, or the intersection of polar ice or ice shelf ice floes to perform measurements and sampling below ice are of great importance.
  • the polar ice conserves information on climate events of yesteryear and can go back as a climate archive up to several hundred thousand years. With increasing depth, the layers are getting older and getting thinner due to the increasing pressure. Therefore, gentle drilling techniques are required which affect the ice samples themselves as little as possible or ensure gentle treatment of the measuring instruments in the borehole.
  • An electrically heated melting probe melts through the ice and at the same time makes the desired measurements on the borehole walls or in the thin meltwater layer present at the probe tip.
  • the rope carrying the probe is stored either for deeper holes in the probe or for shallow holes with a correspondingly simpler probe on the ice surface.
  • the drill hole is not sucked off and freezes again above the probe.
  • the probe sends its readings up via a signal wire and is lost after the measurements have been completed.
  • the main purpose of drilling through floating ice is to examine the bottom of the ice, the underlying water and the bottom of the sea. For this purpose drilling and measurement are carried out separately.
  • the borehole is kept open during the measurement time so that the instrument can be retrieved after the measurements have been completed. All known techniques can be used for drilling. Mechanical drilling at high power is fast, thermal drilling requires less power, requires less equipment, and takes more time.
  • the wellbore must have a significantly larger diameter than that of the fused probe wells. In particular, for the suspension and recovery of instruments, the wellbore must have smooth walls so that there is no jamming or jamming during catch-up and thus possibly the loss of instrument and measurement data.
  • electrically heated and / or hot water boring heads may be used.
  • melted drill heads where the hot water is used for heating
  • flush drill heads where the hot water is used to rinse off the ice.
  • This is usually the hot water produced with a limited heat capacity directly in the drill head.
  • the molten water is pumped up in both cases.
  • the heat of exclusively electrically heated drills does not achieve a greater lateral penetration depth, so that a relatively large drill diameter and thus a correspondingly high supply energy for the drill are required to produce larger borehole diameter.
  • the known drilling technique with hot water only bore diameter in the range of the diameter of the Spülbohrkopfes are also created so that here too large drill heads are used with a high supply energy consumption.
  • a thermal drilling method and an associated drill head which has a ring-shaped support cutting and an electric heating cartridge at the lower end of the drill head.
  • this heating cartridge With this heating cartridge, the drill head and a small water reservoir in its vicinity is heated, so that when lowering the acting as a melting head drill a hole is melted.
  • the drill head Above its lower end, the drill head has a cooling element that freezes the molten borehole wall to form a drill hole with a drill bit diameter and a hard but more or less wavy surface.
  • the heated and the cooled components of the drill are insulated from each other.
  • the melt water is pumped up through a central pump tube. Retrieving and deflating the drill or later-deploying gauges over greater depths is extremely problematic due to jamming and jamming because of the narrow bore hole. This applies in particular to the retrieval of a meter from the water area under a through-hole. Here, threading into the narrow borehole is very difficult and often results in the loss of the measuring device and thus of the data. In addition, the drill head is complex and thus relatively expensive. One on the surface The supply device must provide the electrical supply current for heating and cooling. A crane device for lowering and catching up the drill with the obstructive electrical lines is also required.
  • US Pat. No. 4,885,591 A discloses a method for the thermal drilling of holes in ice using a melt-flush drill head, wherein flushing water is pumped under high pressure obliquely to the drill head axis into the borehole.
  • the bore diameter should be so large, especially in through holes, that a simple and safe retrieval of measuring instruments from the water sector is possible.
  • the device for performing the method should be simple and inexpensive and easy to handle.
  • the method according to the invention can be implemented particularly advantageously with a device in which, starting from a generic device with a drill head which can be heated by means of hot water and a supply and an up and down-lifting crane device, it is provided that the drill head be a combined melt-flush drill head is formed and at its upper end an axial water inlet and at its lower end a hemisphere-like melting region and above the melting range, but below the water inlet a narrow, with the water inlet over a large area connected, azimuthal circumferential annular gap as a water outlet, wherein the entire melt rinsing Boring head is formed of a good heat conducting material.
  • the thermal drilling method according to the invention represents a combined melting and rinsing method with which large borehole diameters can be constantly produced down to great depths with relatively small boring heads.
  • hot water with a large heat capacity is used, which is generated on the ice surface.
  • energy depots can be used, which readily enable a large-volume water heating and hot water can also provide instantaneous. Larger heaters in the drill, which would have to be very powerful to avoid time delays such as water heaters, omitted.
  • the melting process is accomplished by pumping hot water into the melt-flushing drill head and heating it, whereas the flushing process is implemented by the controlled, side-exit of the hot water from the melt-flushing drill bit.
  • the front side melt drilling provides for the advance of the wellhead in the wellbore and the pressurized mud drilling for the lateral expansion of the wellbore on its large, constant diameter, with the water outlet behind the forward-oriented melting range.
  • the lateral water outlet ensures the melting of large holes with a constant diameter.
  • the subsequent main bore can be achieved by melting before and around the Spülbohrkopf around only a maximum of a few meters before the lower end of the hole when using a known Spülbohrkopfes in conventional technology with only downwardly directed hot water jets.
  • the action of the water jets draws in cold seawater with a temperature of -1.8 to -2.0 ° C as through a water jet pump through the pilot hole.
  • the wellbore in the area before and around the Spülbohrkopf cooled so much that only a bore diameter of little more than the diameter of the Spülbohrkopfs is achieved, resulting in the known disadvantages.
  • the hot water entering into the combined melt-flushing drill head is initially conducted past the melting region to be heated and then deflected radially and forced out through the azimuthally circulating annular gap at high pressure.
  • the jet of hot water hits the wall of the hole at high speed and can do its job Develop heat effect immediately.
  • the hemispherical rounded lower end of the melt-flush drill head now lies practically on the lower end of the large-volume bore which has already been melted, and substantially closes off the central pilot bore with its weight.
  • meltwater present at the bore end due to the hot melt area of the melt-flush drill bit forms a thin film of heat-sink drilling head and ice surface that uniformly distributes the thermal energy.
  • the meltwater flows here above the water level into the pilot hole. Cold water is now no longer sucked by the radially discharged disc-shaped hot water jet and closed by the melt-flush drill head pilot hole, so that the desired bore diameter can be generated over the entire length of the hole.
  • the flat water jet deflected upwards on the bore wall ensures an undisturbed, uniformly round bore surface free of caverns or tread grooves and a constant bore diameter.
  • the trained as a combined melting and Spülbohrkopf drill head according to the invention consists only of static, mechanically stable construction elements. Rotating or otherwise moving elements and current-carrying connection lines are avoided, resulting in a very robust and insensitive construction.
  • the instead of a power cable leading to the borehole hose for hot water supply is not subject to the risk of freezing due to its temperature despite good insulation. In addition, it can not be kinked or twisted due to its compressive rigidity. A disturbance in the up and down the enamel flushing drill head in the hole is therefore not expected.
  • Advantageous continuations of the method according to the invention provide that the water is heated to temperatures of up to 90 ° C. and that the hot water is pumped into the borehole with pressures of up to the range of 10 7 Pa.
  • a well insulated storage of hot water on the ice surface is not a technical problem.
  • solar energy can also be used to heat the water.
  • the generation of high hot water pressures can be done with simple and insensitive to cold pumps, since the pressurized cross sections are relatively small.
  • the pumps can be driven, for example, via existing units with internal combustion engines.
  • a cavern is flushed with the rinsing water and the rinsing water mixed with the melt water is pumped in for seepage.
  • the temperature and pressure of the hot water determine the possible melt advance of the hole in the ice while maintaining the bore parameters such as diameter and smoothness of the bore wall.
  • the ice up to depths of up to 50 meters is porous and permeable to water.
  • flushing the cavern and the first up to 50 meters of drilling therefore generally no suction is required, the melt water seeps. Only at greater depths must the hot water mixed with the meltwater be pumped out. Because of the high mixing temperature, the pumped water is reused for the purpose of significant energy savings in hot water production.
  • a particular problem with salvaging under-the-ice meters is their retrieval into the well.
  • the meter may be pushed away from the well by different strong tides. When retrieving, it can thus lead to tilting on the ice bottom or for cutting the rope in the ice.
  • One solution here may be the consideration of time-dependent flows, for example the Tieden LCD. But it is also advantageous a threading aid. Therefore, according to a next continuation of the invention in through holes can be provided that a cylindrical guide element is introduced as a return aid in the transition region between the lower edge of the ice and sea on a rope in the main bore.
  • the guide member may consist of a simple ring or tube, but it may also have a bent and flanged edge in the manner of a funnel, which avoids sharp edges. In this case, the cross-sectional constriction can be accepted in the cylindrical funnel part, since the bore diameter can be sufficiently large.
  • a direct melting of the ice before the flushing head by vertical hot water jets is omitted in the invention. Drilling is carried out exclusively by pre-melting the melting zone in the pilot hole guide.
  • the hot water jet deflected into the radial plane of the drill head flushes the large bore diameter and the smooth wall, but is dependent on the feed through the melt-sinking drill head sinking by melting.
  • the design of the inventive melt-flush drill head therefore provides that it consists of good heat conducting material, so that the hot water inside provides sufficient heating at the bottom of the flushing head to melt the ice at the bore end with Spülkopf trimmesser.
  • An advantageous continuation of the device for thermal drilling according to the invention provides that in the melt-flushing drill bit, the azimuthally circumferential annular gap has a width in the range of one millimeter, whereby the required for the desired flushing pressure of the over the full circle of 360 ° reaching disc-shaped water jet is achieved.
  • Through the opening of the annular gap bore diameter and feed rate can be determined.
  • the thermally well conductive material of the melt-flushing drill head Copper is. This is an easy-to-use and water-resistant, inexpensive material.
  • the melt-flushing drill head in the region below the annular gap is hollow inside and in the cavity has a plurality of radial, with the annular gap large-scale connected lamellae as thermal bridges for a particularly good heat transfer from the hot water to the Melting area to melt the ice before the melt-flushing drill head care.
  • the melt-flush drill head is constructed of several hydraulically tight strained radial layers. This layer structure offers advantages in the production and for any necessary cleaning of the melt-flush drill head. This also allows the particularly stressed area of the annular gap to be replaced separately.
  • a supply hose for the hot water for axial water re-introduction and a rope for raising and lowering the enamel flushing drill head form a unit. This eliminates a separate rope and the crane device must simplify only one element and unwind.
  • the feed hose for the hot water is readily suitable for craning the weight of the melt-flush drill head due to its increased pressure-resistance structure.
  • FIG. 1 shows, in detail, a melt-flush drill head 1 of the device according to the invention for the thermal drilling of holes in ice.
  • This has at its upper end an axially extending water inlet 2 and at its lower end a hemisphere-like rounded melting region 3 .
  • Hot water 4 tempered on the ice surface is pumped into the melt-flush drill head 1 and deflected into the radial plane of the melt-flush drill head 1 . There, it emerges radially from a narrow, azimuthally circumferential annular gap 5 as a sharp, disk-like trained hot water jet 6 and meets under high pressure on the bore wall 7.
  • An upwardly deflected at the bore wall 7 water jet 13 flushes at constant pressure and temperature conditions in the context of its constant thermal and kinetic energy round in cross-section, smooth on the bore surface 14 , constant in diameter 15 , cavern and profilrillenbuild main bore 19.
  • Such Main bore 19 is suitable to accommodate even larger equipment safely under the ice 16 and and just as safe to bring back.
  • the hot water 4 is fed via a central feed hose 17 to the melt-flush drill head 1 . After it has given its energy to melt the main bore 19 , it mixes with the melt water 18 and is pumped through a cavern hose 20 upwards.
  • FIG. 2 shows in the upper part a longitudinal section through the melt-flushing drill head 1 according to FIG. 1 and in the lower part a cross-section through the melt area 3.
  • the feed hose 17 for the hot water 4 is connected via a central hose fitting 21 with an introduction pipe 22 as axial Water inlet 2 is connected at the upper end of the melt-flush drill head 1 .
  • the hot water 4 flows through a central channel 23 into the melting region 3 of the melt-flush drill head 1, flows through a structure of thermally conductive fins 24 and penetrates under high pressure through the annular gap 5 to the outside.
  • the structure of the slats 24 distributes the hot water 4 in the melting region 3 of the melt-flush drill head 1 so that the heat energy 11 can be delivered evenly to the ice 16 at the bore end 8 .
  • the structure of the slats 24 distributes the hot water 4 in the melting region 3 of the melt-flush drill head 1 so that the heat energy 11 can be delivered evenly to the ice 16 at the bore end 8 .
  • For simple variable and maintenance-friendly design of the illustrated melt-flush drill head 1 is constructed of a plurality of radial layers 25 , which are held together with a tension 27 and held hydraulically tight over the sealing elements 28 .
  • a medial radial layer 26 can serve as a whole over its thickness to regulate the weight of the melt-flush drill bit 1 according to the invention.
  • FIG. 3 shows, on a shortened scale, a finished main bore 19 with an overhanging crane device 33 to which a measuring device 34 with its supporting measuring line 35 hangs in the open water of the sea 31 .
  • the measuring device 34 is drifted by the flow 36 and no longer hangs vertically below the lower edge of the ice 30.
  • the measuring line 35 can cut into the ice at the lower edge of the ice 30 of the main bore 19 and thus jeopardize the retrieval of the measuring device 34 .

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum thermischen Bohren von Löchern in Eis sowie auf eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens mit einem mittels Heißwasser erwärmbaren Bohrkopf sowie einer Versorgungs- und einer auf- und niederholenden Kraneinrichtung.
  • Eisbohrungen werden zu unterschiedlichen Zwecken benötigt. Ein Hauptanwendungsfeld ist die Polarforschung, bei der die Entnahme von Eisproben in Form von Bohrkernen aus den verschiedenen Eisregionen der Polarkappen, die in-situ-Erstellung senkrechter Eisprofile bezüglich verschiedener Parameter oder die Durchbohrung schwimmenden Eises bzw. Schelfeises der Polarregionen zur Durchführung von Messungen und Probennahmen unterhalb des Eises von großer Bedeutung sind. Das polare Eis konserviert Informationen zu Klimaereignissen vergangener Zeiten und kann als Klimaarchiv bis zu mehrere hunderttausend Jahre zurückreichen. Mit zunehmender Tiefe werden die Schichten immer älter und auf Grund des steigenden Drucks immer dünner. Es sind daher schonende Bohrtechniken erforderlich, die die Eisproben selbst möglichst wenig beeinträchtigen oder eine schonende Behandlung der Messgeräte im Bohrloch gewährleisten. Die Erbohrung von Eiskernen aus allen Tiefen zu Zwecken der Klimaforschung geschieht regelmäßig mit mechanischen Hohlbohrern. Ein an seinem unteren Ende mit Sägezähnen versehenes Rohr wird unter Druck ins Eis gedreht, wobei die Bohrspäne im äußeren Ringspalt abgeführt werden und im Inneren des Rohrs ein ausgesägtes zylinderförmiges Eisstück als Bohrkern zurückbleibt. Bei diesen mechanischen Techniken wird der Bohrkern weitgehend unbeeinflusst und frei von Bohrzusatzstoffen gehalten, so dass die gewünschten Informationen relativ ungestört erhalten bleiben. Zur Erstellung von Eisprofilen bezüglich physikalischer und chemischer Parameter der Eisschichten wie Dichte, Gehalt an verschiedenen Spurenstoffen, Porengröße im Eis und Besiedlung mit kälteresistenten Mikroorganismen während des Bohrvorgangs werden hauptsächlich thermische Bohrtechniken eingesetzt. Eine elektrisch beheizte Schmelzsonde schmilzt sich durch das Eis und nimmt dabei gleichzeitig die gewünschten Messungen an den Bohrlochwänden bzw. in der an der Sondenspitze vorhandenen dünnen Schmelzwasserschicht vor. Das die Sonde tragende Seil ist entweder für tiefere Bohrungen in der Sonde oder für Bohrungen geringer Tiefe mit entsprechend einfacherer Sonde an der Eisoberfläche bevorratet. Das Bohrloch wird nicht abgesaugt und friert oberhalb der Sonde wieder zu. Die Sonde liefert ihre Messwerte über einen Signaldraht nach oben und ist nach Abschluss der Messungen verloren.
  • Durchbohrungen von schwimmendem Eis dienen dagegen hauptsächlich dem Zweck, die Eisunterseite, das darunterliegende Wasser und den Meeresboden zu untersuchen. Dazu werden Bohrung und Messung voneinander getrennt durchgeführt. Das Bohrloch wird während der Messzeit offengehalten, sodass das Messinstrument nach Abschluss der Messungen geborgen werden kann. Es können zum Bohren alle bekannten Techniken eingesetzt werden. Das mechanische Bohren bei hoher Leistung geht schnell, das thermische Bohren verlangt geringere Leistungen, ist mit weniger apparativem Aufwand verbunden, benötigt dafür umso mehr Zeit. Für den Einsatz größerer Messinstrumente, Probennehmer oder Experimente muss das Bohrloch einen deutlich größeren Durchmesser als bei den Messbohrungen mit Schmelzsonde haben. Insbesondere zum Aussetzen und Bergen von Instrumenten muss das Bohrloch glatte Wände aufweisen, damit es beim Aufholen nicht zum Verkanten oder Verklemmen und damit möglicherweise zum Verlust von Instrument und Messdaten kommt. Zum thermischen Bohren können elektrisch beheizte und/oder mit heißem Wasser arbeitende Bohrköpfe verwendet werden. Dabei werden Schmelzbohrköpfe, bei denen das Heißwasser zum Erwärmen, und Spülbohrköpfe, bei denen das Heißwasser zum Ausspülen des Eises eingesetzt wird, unterschieden. Dabei wird in der Regel das Heißwasser mit einer begrenzten Wärmekapazität direkt im Bohrkopf erzeugt. Das abgeschmolzene Wasser wird in beiden Fällen nach oben abgepumpt. Die Wärme ausschließlich elektrisch beheizter Bohrer erreicht keine größere seitliche Eindringtiefe, sodass zur Erzeugung größerer Bohrlochdurchmesser ein relativ großer Bohrerdurchmesser und damit eine entsprechend hohe Versorgungsenergie für den Bohrer erforderlich sind. Bei der bekannten Bohrtechnik mit heißem Wasser werden ebenfalls nur Bohrungsdurchmesser im Bereich des Durchmessers des Spülbohrkopfes erstellt, sodass auch hier große Bohrköpfe mit einem hohen Versorgungsenergieaufwand eingesetzt werden.
  • In der Auslegeschrift DE 1 936 902 B (Verfahren und Vorrichtung zum Abteufen von Bohrungen in Eis) werden ein thermisches Bohrverfahren und ein zugehöriger Bohrkopf vorgestellt, der eine kranzförmige Auflageschneide und eine elektrische Heizpatrone am unteren Endes des Bohrkopfs aufweist. Mit dieser Heizpatrone wird der Bohrkopf und ein kleines Wasserreservoir in seiner Umgebung erhitzt, sodass beim Absenken des als Schmelzkopf wirkenden Bohrkopfs ein Bohrloch aufgeschmolzen wird. Oberhalb seines unteren Endes weist der Bohrkopf ein Kühlelement auf, das für das Gefrieren der aufgeschmolzenen Bohrlochwandung sorgt, sodass ein Bohrloch mit Bohrerdurchmesser und harter, aber mehr oder weniger welliger Oberfläche entsteht. Zur Vermeidung von Wärmeeinflüssen des Bohrers auf das fertige Bohrloch ist vorgesehen, dass die beheizten und die gekühlten Bauteile des Bohrers gegeneinander isoliert sind. Das Schmelzwasser wird durch ein zentrales Pumprohr nach oben abgepumpt. Das Aufholen und Ablassen des Bohrers oder von später einzusetzenden Messgeräten über größere Tiefen ist durch Verkanten und Klemmen wegen des engen Bohrlochs äußerst problematisch. Dies gilt insbesondere für das Rückholen eines Messgeräts aus dem Wasserbereich unter einem Durchgangsbohrloch. Hier gestaltet sich das Einfädeln in das enge Bohrloch sehr schwierig und führt nicht selten zum Verlust des Messgeräts und damit der Daten. Darüber hinaus ist der Bohrkopf aufwändig aufgebaut und damit relativ teuer. Eine an der Oberfläche befindliche Versorgungseinrichtung muss den elektrischen Versorgungsstrom zum Heizen und Kühlen bereitstellen. Eine Kraneinrichtung zum Ablassen und Aufholen des Bohrers mit den hinderlichen elektrischen Leitungen ist ebenfalls erforderlich.
  • Aus der Figur der Druckschrift SU 252 252 A1 (Thermodrill) ist ein Bohrverfahren erkennbar, bei dem das Bohrloch durch Spülen mit Heißwasser im Umlaufbetrieb erzeugt wird. Das Spülwasser wird immer wieder zentral durch einen Propeller angesaugt, erwärmt und durch eine große axiale Ringöffnung vor den als Spülkopf arbeitenden Bohrkopf gedrückt, um dort weiter Eis abzuschmelzen. Das Schmelzwasser wird abgesaugt. Der Bohrer wird seitlich geführt. Bohrer- und Bohrlochdurchmeser stimmen wieder überein, und führen zu einem engen Bohrloch, sodass wiederum mit den bereits weiter oben beschriebenen Problemen zu rechnen ist. Außerdem gibt es über das zumindest partielle Zufrieren des Bohrlochs und die damit verbundene Schwierigkeit des Aufholens und Ablassen des Bohrers oder von Messgeräten keine Erkenntnisse.
  • Ein Anwendung für eine Heißwasserbohrung mit einem Spülbohrkopf, bei der das Heißwasser auf der Oberfläche erzeugt und bevorratet wird, bildet das AMANDA-Neutrinoteleskop-Projekt in der Antarktis. In der Veröffentlichung (abrufbar im Internet unter der Adresse http://wswww.physik.unimainz.de/lehramt/Schule/Pas/2001/2001/Sterne+Weitraum%202001/sld052.htm, mit Stand vom 09.06.2003) werden die Bohrparameter mit einem mittleren Bohrungsdurchmesser von 60cm und eine Wassertemperatur von 80°C angegeben. Ein Foto des Spülbohrkopfs zeigt eine Vorrichtung mit nach unten gerichtetem Wasserstrahl. Das Durchmesserprofil der Bohrung zeigt allerdings eine äußerst unbefriedigende Schwankungsbreite von 45 cm bis 75 cm. Bei Bohrungen mit einem derart schwankenden Profil muss zur Vermeidung von Problemen beim Auf- und Niederholen schon der minimale Bohrungsdurchmesser groß gewählt und damit ein überproportional großer Energieaufwand in Kauf genommen werden.
  • Aus der Patentschrift US 4 885 591 A ist ein Verfahren zum thermischen Bohren von Löchern in Eis bei Vewendung eines Schmelz-Spül-Bohrkopfs bekannt, wobei Spülwasser unter hohem Druck schräg zur Bohrkopfachse ins Bohrloch gepumpt wird.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs beschriebene Verfahren zum Bohren von Löchern in Eis und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens derart weiterzubilden, dass ein damit hergestelltes Bohrloch über seine ganze Länge einen konstanten, kreisförmigen und für die Passage sowohl des Bohrers selbst als auch eines Messinstruments ausreichend großen Bohrungsdurchmesser bei gleichzeitig glatter Wandung ohne Profilbildung aufweist. Dabei soll der Bohrungsdurchmesser insbesondere bei Durchgangsbohrungen so groß sein, dass ein einfaches und sicheres Rückholen von Messinstrumenten aus dem Wasserbereich möglich ist. Die Vorrichtung zur Verfahrensdurchführung soll einfach und kostengünstig sowie leicht handhabbar sein.
  • Zur Lösung sieht das erfindungsgemäße Verfahren folgende Verfahrensschritte vor:
    • Erzeugen einer vertikalen Vorbohrung kleinen Durchmessers mit einem Schmelzbohrkopf,
    • Aufsetzen eines Schmelz-Spül-Bohrkopfes größeren Durchmessers auf die Vorbohrung,
    • Aufheizen von Wasser als Wärmeträger an der Eisoberfläche,
    • gesteuertes Pumpen des Heißwassers in den Schmelz-Spül-Bohrkopf unter Druck,
    • Umlenken des Heißwassers im Bereich des Schmelz-Spülkopfes in eine Radialebene,
    • Spülen des Heißwassers in einem scharfen, scheibenförmigen Strahl umlaufend radial gegen die Bohrungswandung, wobei das Heißwasser mit dem Schmelzwasser vermischt und in Richtung auf die Eisoberfläche gedrückt wird,
    • Absenken des Schmelz-Spül-Bohrkopfes unter Erzeugung einer Hauptbohrung und
    • Versickern oder Abpumpen des mit dem Schmelzwasser vermischten und in Richtung Eisoberfläche gedrückten Heißwassers.
  • Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft mit einer Vorrichtung umgesetzt werden, bei der ausgehend von einer gattungsgemäßen Vorrichtung mit einem mittels Heißwasser erwärmbaren Bohrkopf sowie einer Versorgungs- und einer auf- und niederholenden Kraneinrichtung vorgesehen ist, dass der Bohrkopf als kombinierter Schmelz-Spül-Bohrkopf ausgebildet ist und an seinem oberen Ende einen axialen Wassereintritt und an seinem unteren Ende einen halbkugelähnlichen Schmelzbereich sowie oberhalb des Schmelzbereichs, aber unterhalb des Wassereintrittes einen engen, mit dem Wassereintritt großflächig verbundenen, azimutal umlaufenden Ringspalt als Wasseraustritt aufweist, wobei der gesamte Schmelz-Spül-Bohrkopf aus einem gut wärmeleitenden Material gebildet ist.
  • Das erfindungsgemäße thermische Bohrverfahren stellt ein kombiniertes Schmelz- und Spülverfahren dar, mit dem mit relativ kleinen Bohrköpfen große Bohrlochdurchmesser bis in große Tiefen konstant erzeugt werden können. Dazu wird Heißwasser mit einer großen Wärmekapazität verwendet, das auf der Eisoberfläche erzeugt wird. Hier können Energiedepots eingesetzt werden, die ohne Weiteres eine großvolumige Wassererhitzung ermöglichen und Heißwasser auch verzögerungsfrei zur Verfügung stellen können. Größere Heizeinrichtungen im Bohrer, die zur Vermeidung von Zeitverzögerungen wie Durchlauferhitzer sehr leistungsstark sein müssten, entfallen. Das Schmelzverfahren wird durch das Pumpen von Heißwasser in den Schmelz-Spül-Bohrkopf und dessen Erwärmung realisiert, wohingegen das Spülverfahren durch den gesteuerten, seitlichen Austritt des Heißwassers aus dem Schmelz-Spül-Bohrkopf umgesetzt wird. Bei der Kombination des Schmelzbohrens mit dem Spülbohren sorgt das frontseitige Schmelzbohren für den Vortrieb des Bohrkopfes im Bohrloch und das druckbeaufschlagte Spülbohren für die seitliche Aufweitung des Bohrlochs auf seinen großen, konstanten Durchmesser, wobei der Wasseraustritt hinter dem nach vorne orientierten Schmelzbereich liegt. Insbesondere der seitliche Wasseraustritt sorgt für die Aufschmelzung großer Bohrlöcher mit konstantem Durchmesser.
  • Eigene Versuche haben ergeben, dass bei der Herstellung solcher großformatiger Bohrungen im Bereich von 500 bis 1000 mm im schwimmenden Eis oder im Schelfeis der polaren Küstenregionen Vorbohrungen mit einem Durchmesser von 50 bis 100 mm als Geradführung für die Hauptbohrung erforderlich sind. Bei dieser ebenfalls thermisch hergestellten Bohrung wird das Eis vollständig durchstoßen. Da das Eis bis zu einer Tiefe von einigen Metern im Wasser liegt, dringt zum Zeitpunkt des Durchbruchs der Bohrung Meerwasser bis zur allgemein vorherrschenden Höhe des Meeresspiegels in die Bohrung im Eis ein und vermischt sich mit dem von der Bohrung herrührenden Schmelzwasser. Bei der anschließenden Hauptbohrung kann bei der Verwendung eines bekannten Spülbohrkopfes in konventioneller Technik mit ausschließlich nach unten gerichteten Heißwasserstrahlen der gewünschte Bohrungsdurchmesser durch Abschmelzen vor dem und um den Spülbohrkopf herum nur maximal bis einige Meter vor dem unteren Bohrungsende erreicht werden. Einige Meter über dem unteren Ende der Bohrung wird durch die Jetwirkung der Wasserstrahlen kaltes Meerwasser mit einer Temperatur von -1,8 bis -2,0°C wie von einer Wasserstrahlpumpe durch die Vorbohrung angesaugt. Dadurch wird das Bohrloch im Bereich vor und um den Spülbohrkopf so stark abgekühlt, dass nur noch ein Bohrungsdurchmesser von wenig mehr als dem Durchmesser des Spülbohrkopfs erzielt wird, was zu den bekannten Nachteilen führt. Eine Messmission kann also mit einem herkömmlichen Spülbohrverfahren nicht zufriedenstellend erfüllt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen wird das in den kombinierten Schmelz-Spül-Bohrkopf eintretende Heißwasser zunächst an dem Schmelzbereich zu dessen Erwärmung vorbeigeführt und dann radial umgelenkt und durch den azimutal umlaufenden Ringspalt mit hohem Druck herausgedrückt. Der Heißwasserstrahl trifft mit hoher Geschwingigkeit auf die Wandung der Bohrung und kann seine Wärmewirkung unmittelbar entfalten. Außerdem liegt durch den seitlichen Wasseraustritt nunmehr das halbkugelähnlich abgerundete untere Ende des Schmelz-Spül-Bohrkopfs praktisch auf dem unteren Ende der bereits erschmolzenen großvolumigen Bohrung auf und verschließt mit seinem Gewicht die zentrale Vorbohrung weitgehend. Das wegen des heißen Schmelzbereichs des Schmelz-Spül-Bohrkopfs am Bohrungsende vorhandene Schmelzwasser bildet einen die Wärmeenergie gleichmäßig verteilenden dünnen Film zwischen Schmelz-Spül-Bohrkopf und Eisfläche. Das Schmelzwasser fließt hier oberhalb des Wasserspiegels in die Vorbohrung ab. Kaltes Wasser wird nun durch den radial abgegebenen scheibenförmigen Heißwasserstrahl und die durch den Schmelz-Spül-Bohrkopf selbst verschlossene Vorbohrung nicht mehr angesaugt, sodass der gewünschte Bohrungsdurchmesser über die gesamte Länge der Bohrung erzeugt werden kann. Der an der Bohrungswand nach oben abgelenkte flächige Wasserstrahl sorgt für eine ungestörte, gleichmäßig runde und von Kavernen oder Profilrillen freie Bohrungsoberfläche und einen konstanten Bohrungsdurchmesser. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung wird das Ziel von zum Zweck des problemlosen Durchschleusens mit anschließender Bergung von großformatigen Untersuchungseinrichtungen unter das Schelfeis hergestellten Bohrungen ohne die Kosten und den logistischen Aufwand von Großbohrvorhaben sicher erreicht. Dabei besteht der als kombinierter Schmelz- und Spülbohrkopf ausgebildete Bohrkopf nach der Erfindung nur aus statischen, mechanisch stabilen Konstruktionselementen. Drehende oder anders bewegte Elemente und stromdurchflossene Verbindungsleitungen sind vermieden, wodurch sich ein sehr robuster und unempfindlicher Aufbau ergibt. Der anstelle eines Stromkabels zum Bohrort führende Schlauch zur Heißwasserzufuhr unterliegt aufgrund seiner Temperatur trotz guter Isolierung nicht der Gefahr des Anfrierens. Außerdem kann er aufgrund seiner Drucksteifigkeit nicht geknickt oder verwunden werden. Eine Störung beim Auf-und Niederholen des Schmelz-Spül-Bohrkopfs in der Bohrung ist somit nicht zu erwarten.
  • Vorteilhafte Fortführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sehen vor, dass das Wasser auf Temperaturen von bis zu 90°C aufgeheizt und dass das Heißwasser mit Drücken von bis in den Bereich von 107 Pa in das Bohrloch gepumpt wird. Eine gut isolierte Bevorratung des Heißwassers auf der Eisoberfläche stellt kein technisches Problem dar. Insbeondere kann zur Aufheizung des Wassers auch Solarenergie hinzugezogen werden. Die Erzeugung der hohen Heißwasserdrücke kann mit einfachen und gegen Kälte unempfindlichen Pumpen erfolgen, da die druckbeaufschlagten Querschnitte relativ klein sind. Angetrieben werden können die Pumpen beispielsweise über vorhandene Aggregate mit Verbrennungsmotoren. Ferner kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass in einer Bohrlochtiefe von bis zu fünfzig Metern mit dem Spülwasser eine Kaverne gespült und das mit dem Schmelzwasser vermischte Spülwasser zum Versickern hineingepumpt wird. Temperatur und Druck des Heißwassers bestimmen den möglichen Schmelzvortrieb der Bohrung im Eis bei Einhaltung der Bohrungsparameter wie Durchmesser und Glattheit der Bohrungswandung. Das Eis bis in Tiefen von bis zu 50 Metern ist porös und wasserdurchlässig. Um den Bohrort nicht mit abgepumptem Schmelzwasser zu überschwemmen, kann in eine Kaverne gepumpt werden. Beim Spülen der Kaverne und auf den ersten bis zu 50 Metern der Bohrungen ist daher im Allgemeinen kein Absaugen erforderlich, das Schmelzwasser versickert. Erst in größeren Tiefen muss das mit dem Schmelzwasser vermischte Heißwasser abgepumpt werden. Wegen der hohen Mischtemperatur wird das abgepumpte Wasser zum Zweck der deutlichen Energieeinsparung bei der Heißwassererzeugung wiederverwendet.
  • Ein besonderes Problem bei der Bergung von unter dem Eis abgelassenen Messinstrumenten stellt deren Rückholung in das Bohrloch dar. Beispielsweise kann das Messinstrument durch unterschiedliche starke Tiedenströmungen seitlich vom Bohrloch weggedrückt werden. Beim Rückholen kann es somit zu Verkantungen an der Eisunterseite oder zum Einschneiden des Seils im Eis kommen. Eine Lösung kann hier die Berücksichtugng zeitabhängiger Strömungen, beispielsweise der Tiedenwechsel sein. Vorteilhaft ist aber auch eine Einfädelhilfe. Deshalb kann gemäß einer nächsten Fortführung der Erfindung bei Durchgangsbohrungen vorgesehen sein, dass ein zylindrisches Führungselement als Rückholhilfe in den Übergangsbereich zwischen Eisunterkante und Meer an einem Seil in die Hauptbohrung eingebracht wird. Das Führungselement kann aus einem einfachen Ring oder Rohr bestehen, es kann aber auch einen aufgebogenen und umgebördelten Rand nach Art eines Trichters aufweisen, der scharfe Kanten vermeidet. Dabei kann die Querschnittsverengung im zylindrischen Trichterteil akzeptiert werden, da der Bohrungsdurchmesser ausreichend groß dimensioniert sein kann.
  • Ein direktes Abschmelzen des Eises vor dem Spülkopf durch senkrechte Heißwasserstrahlen entfällt bei der Erfindung. Der Bohrvortrieb erfolgt ausschließlich über das Voranschmelzen des Schmelzbereichs in der Führung der Vorbohrung. Der in die Radialebene des Bohrkopfs umgelenkte Heißwasserstrahl spült den großen Bohrungsdurchmesser und die glatte Wandung, ist dabei aber auf den Vorschub durch den durch Abschmelzen absinkenden Schmelz-Spül-Bohrkopf angewiesen. Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Schmelz-Spül-Bohrkopfs sieht daher vor, dass dieser aus gut wärmeleitenden Material besteht, sodass das heiße Wasser im Inneren für eine ausreichende Erwärmung am unteren Ende des Spülkopfs sorgt, um das Eis am Bohrungsende mit Spülkopfdurchmesser abzuschmelzen.
  • Eine vorteilhafte Fortführung der Vorrichtung zum thermischen Bohren nach der Erfindung sieht vor, dass im Schmelz-Spül-Bohrkopf der azimutal umlaufende Ringspalt eine Breite in einem Bereich von einem Millimeter aufweist, wodurch der für die gewünschte Spülwirkung erforderliche Druck des über den vollen Kreis von 360° reichenden scheibenförmigen Wasserstrahls erzielt wird. Über die Öffnung des Ringspalts können Bohrungsdurchmesser und Vorschubgeschwindigkeit mitbestimmt werden. Zur besseren thermischen Ankoppelung des halbkugelförmigen Schmelzbereichs am unteren Endes des Schmelz-Spül-Bohrkopfs an das Bohrungsende kann weiterhin vorteilhaft vorgesehen sein, dass das thermisch gut leitende Material des Schmelz-Spül-Bohrkopfs Kupfer ist. Hierbei handelt es sich um ein einfach zu verarbeitendes und gegenüber Wassereinwirkung resistentes, preiswertes Material. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Schmelz-Spül-Bohrkopf im Bereich unterhalb des Ringspalts im Inneren hohl ist und in dem Hohlraum eine Vielzahl von radialen, mit dem Ringspalt großflächig verbundene Lamellen aufweist, die als Wärmebrücken für eine besonders gute Wärmeübertragung vom Heißwasser auf den Schmelzbereich zum Schmelzen des Eises vor dem Schmelz-Spül-Bohrkopf sorgen. Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Schmelz-Spül-Bohrkopf aus mehreren hydraulisch dicht verspannten Radialschichten aufgebaut ist. Dieser Schichtaufbau bietet Vorteile bei der Herstellung und für eventuell notwendige Reinigungen des Schmelz-Spül-Bohrkopfs. Auch kann dadurch der besonders beanspruchte Bereich des Ringspalts separat ausgewechselt werden. Schließlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass ein Zuführungsschlauch für das Heißwasser zum axialen Wassereintreitt und ein Seil zum Auf-und Niederholen des Schmelz-Spül-Bohrkopfs eine Einheit bilden. Dadurch entfällt ein separates Seil und die Kranvorrichtung muss vereinfachend nur ein Element auf- und abspulen. Der Zuführungsschlauch für das Heißwasser ist aufgrund seines wegen der erforderlichen Druckfesigkeit verstärkten Aufbaus zum Kranen des Gewichts des Schmelz-Spül-Bohrkopfs ohne Weiteres geeignet.
  • Ausbildungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
    • Figur 1
    einen Querschnitt des Endes der Hauptbohrung mit dem Schmelz-Spül-Bohrkopf als Detail der Vorrichtung nach der Erfindung,
    Figur 2
    zwei Schnitte durch den Schmelz-Spül-Bohrkopf gemäß Figur 1 mit Lamellenstruktur und in Schichtaufbau und
    Figur 3
    eine Übersicht über eine fertige Hauptbohrung mit Rückholhilfe
  • Die Figur 1 zeigt ausschnittsweise im Detail einen Schmelz-Spül-Bohrkopf 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum thermischen Bohren von Löchern in Eis. Dieser weist an seinem oberene Ende einen axial verlaufenden Wassereintritt 2 und an seinem unteren Ende einen halbkugelähnlichen abgerundeten Schmelzbereich 3 auf. An der Eisoberfläche temperiertes Heißwasser 4 wird in den Schmelz-Spül-Bohrkopf 1 hineingepumpt und in die Radialebene des Schmelz-Spül-Bohrkopfs 1 umgelenkt. Dort tritt es radial aus einem engen, azimutal umlaufenden Ringspalt 5 als scharfer, scheibenartig ausgebildeter Heißwasserstrahl 6 aus und trifft unter hohem Druck auf die Bohrungswandung 7. Da kein Wasser nach unten aus dem Schmelzbereich 3 austritt, sitzt der Schmelz-Spül-Bohrkopf 1 mit dem Schmelzbereich 3 auf dem unteren Bohrungsende 8 auf. Dadurch wird eine zuvor angelegte Vorbohrung 9 praktisch verschlossen. Auf Grund des durchströmenden Heißwassers ist der gesamte Schmelz-Spül-Bohrkopf 1 soweit durchgewärmt, dass er insbesondere im Schmelzbereich 3 Wärmeenergie (in der Figur 1 angedeutet durch Pfeile 11) in das untere Bohrungsende 8 einleitet, sodass dort im Bereich der Vorbohrung 9 ein Abschmelzen bewirkt wird und das Schmelzwasser 10 einen stabilen und abdichtenden Wasserfilm 12 zwischen dem Schmelzbereich 3 des Schmelz-Spül-Bohrkopfs 1 und dem unteren Bohrungsende 8 bildet. Ein an der Bohrungswandung 7 nach oben abgelenkter Wasserstrahl 13 spült bei konstanten Druck- und Temperaturbedingungen im Rahmen seiner gleichbleibenden thermischen und kinetischen Energie eine im Querschnitt runde, an der Bohrungsoberfläche 14 glatte, im Durchmesser 15 konstante, kavernen- und profilrillenfreie Hauptbohrung 19. Eine solche Hauptbohrung 19 ist geeignet, auch größere Apparaturen aufzunehmen, sicher unter das Eis 16 und und ebenso sicher wieder zurückzubringen. Das Heißwasser 4 wird über einen zentralen Zuführungsschlauch 17 dem Schmelz-Spül-Bohrkopf 1 zugeleitet. Nachdem es seine Energie zum Schmelzen der Hauptbohrung 19 abgegeben hat, vermischt es sich mit dem Schmelzwasser 18 und wird über einen Kavernenschlauch 20 nach oben abgepumpt.
  • Die Figur 2 zeigt im oberen Teil einen Längsschnitt durch den Schmelz-Spül-Bohrkopf 1 gemäß Figur 1 und im unteren Teil einen Querschnitt durch den Schmelzbereich 3. Der Zuführungsschlauch 17 für das Heißwasser 4 ist über eine zentrale Schlauchverschraubung 21 mit einem Einführungsstutzen 22 als axialem Wassereintritt 2 am oberen Ende des Schmelz-Spül-Bohrkopfs 1 verbunden. Das Heißwasser 4 fließt durch einen Zentralkanal 23 in den Schmelzbereich 3 des Schmelz-Spül-Bohrkopfs 1, durchströmt dort eine Struktur aus wärmeleitenden Lamellen 24 und dringt unter hohem Druck durch den Ringspalt 5 nach außen. Die Struktur aus den Lamellen 24 verteilt das Heißwasser 4 so im Schmelzbereich 3 des Schmelz-Spül-Bohrkopfs 1, dass die Wärmeenergie 11 gleichmäßig an das Eis 16 am Bohrungsende 8 abgegeben werden kann. Zum einfachen variablen und wartungsfreundlichen Aufbau ist der dargestellte Schmelz-Spül-Bohrkopf 1 aus mehreren Radialschichten 25 aufgebaut, die mit einer Verspannung 27 zusammengehalten und über die Dichtelemente 28 hydraulisch dicht gehalten werden. Eine mittlere Radialschicht 26 kann über ihre Dicke der Gewichtsregulierung des Schmelz-Spül-Bohrkopfs 1 nach der Erfindung insgesamt dienen.
  • Figur 3 zeigt in verkürztem Maßstab eine fertige Haupbohrung 19 mit einer darüberstehenden Kraneinrichtung 33, an der ein Messgerät 34 mit seiner tragenden Messleitung 35 im freien Wasser des Meeres 31 hängt. Das Messgerät 34 wird von der Strömung 36 verdriftet und hängt nicht mehr senkrecht unter der Eisunterkante 30. Je nach Stärke der Drift kann die Messleitung 35 in das Eis an der Eisunterkante 30 der Hauptbohrung 19 einschneiden und somit die Rückholung des Messgeräts 34 gefährden. Zur Vermeidung dieser Gefahr ist eine Rückholhilfe in Form eines zylindrischen Führungselements 29 zwischen Eisunterkante 30 und Meer 31, zum Beispiel mit einem abgerundeten Rand zur Unterstützung des Einfädelns, an einem Tragseil 32 vorgesehen, dass ebenfalls von der Kraneinrichtung 33 auf- und niedergeholt werden kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schmelz-Spül-Bohrkopf
    2
    Wassereintritt
    3
    Schmelzbereich
    4
    Heißwasser
    5
    Ringspalt
    6
    Heißwasserstrahl
    7
    Bohrungswandung
    8
    unteren Bohrungsende
    9
    Vorbohrung
    10
    Schmelzwasser
    11
    Wärmeenergie (Pfeile)
    12
    Wasserfilm
    13
    Wasserstrahl
    14
    Bohrungsoberfläche
    15
    Durchmesser
    16
    Eis
    17
    Zuführungsschlauch
    18
    Schmelzwasser
    19
    Hauptbohrung
    20
    Kavernenschlauch
    21
    Schlauchverschraubung
    22
    Einführungsstutzen
    23
    Zentralkanal
    24
    Lamellen
    25
    Radialschicht
    26
    mittlere Radialschicht
    27
    Verspannung
    28
    Dichtelemente
    29
    Führungselement
    30
    Eisunterkante
    31
    Meer
    32
    Tragseil
    33
    Kraneinrichtung
    34
    Messgerät
    35
    Messleitung
    36
    Strömung

Claims (11)

  1. Verfahren zum thermischen Bohren von Löchern in Eis mit den Verfahrensschritten :
    • Erzeugen einer vertikalen Vorbohrung (9) kleinen Durchmessers mit einem Schmelzbohrkopf,
    • Aufsetzen eines Schmelz-Spül-Bohrkopfes (1) größeren Durchmessers auf die Vorbohrung (9),
    • Aufheizen von Wasser als Wärmeträger an der Eisoberfläche,
    • gesteuertes Pumpen des Heißwassers (4) in den Schmelz-Spül-Bohrkopf (1) unter Druck,
    • Umlenken des Heißwassers (4) im Bereich des Schmelz-Spülkopfes (1) in eine Radialebene (5),
    • Spülen des Heißwassers (4) in einem scharfen, scheibenförmigen Strahl (6) umlaufend radial gegen die Bohrungswandung (7), wobei das Heißwasser (4) mit dem Schmelzwasser (10) vermischt und in Richtung auf die Eisoberfläche gedrückt wird,
    • Absenken des Schmelz-Spül-Bohrkopfes (1) unter Erzeugung einer Hauptbohrung (19) und
    • Versickern oder Abpumpen des mit dem Schmelzwasser (10) vermischten und in Richtung Eisoberfläche gedrückten Heißwassers (4).
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Wasser auf Temperaturen von bis zu 90°C aufgeheizt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Heißwasser (4) mit Drücken von bis in den Bereich von 107 Pa gepumpt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in einer Bohrlochtiefe von bis zu fünfzig Metern mit dem Spülwasser eine Kaverne gespült und das mit dem Schmelzwasser (10) vermischte Spülwasser zum Versickern hineingepumpt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein zylindrisches Führungselement (29) in den Übergangsbereich zwischen Eisunterkante (30) und Meer (31) an einem Seil (32) in die Hauptbohrung (19) eingebracht wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum thermischen Bohren von Löchern in Eis mit einem mittels Heißwasser erwärmbaren Bohrkopf sowie einer Versorgungs- und einer auf- und niederholenden Kraneinrichtung, insbesondere nach einem der Verfahrensansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Bohrkopf als kombinierter Schmelz-Spül-Bohrkopf (1) ausgebildet ist und an seinem oberen Ende einen axialen Wassereintritt (2) und an seinem unteren Ende einen halbkugelähnlichen Schmelzbereich (3) sowie oberhalb des Schmelzbereichs (3), aber unterhalb des Wassereintrittes (2) einen engen, mit dem Wassereintritt (2) großflächig verbundenen, azimutal umlaufenden Ringspalt (5) als Wasseraustritt aufweist, wobei der gesamte Schmelz-Spül-Bohrkopf (1) aus einem gut wärmeleitenden Material gebildet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der azimutal umlaufende Ringspalt (5) eine Breite in einem Bereich von einem Millimeter aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das gut wärmeleitende Material Kupfer ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schmelz-Spül-Bohrkopf (1) im Bereich unterhalb des Ringspalts (5) im Inneren hohl ist und in dem Hohlraum eine Vielzahl radialer, mit dem Ringspalt (5) großflächig verbundener Lamellen (24) aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schmelz-Spül-Bohrkopf (1) aus mehreren hydraulisch dicht verspannten Radialschichten (25) aufgebaut ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Zuführungsschlauch (17) für das Heißwasser (4) zum axialen Wassereintritt (4) und ein Seil zum Auf-und Niederholen des Schmelz-Spül-Bohrkopfs (1) eine Einheit bilden.
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