EP2562310B1 - Unterwasser-Bohranordnung und Verfahren zum Erstellen einer Bohrung in einem Gewässergrund - Google Patents

Unterwasser-Bohranordnung und Verfahren zum Erstellen einer Bohrung in einem Gewässergrund Download PDF

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EP2562310B1
EP2562310B1 EP11006879.8A EP11006879A EP2562310B1 EP 2562310 B1 EP2562310 B1 EP 2562310B1 EP 11006879 A EP11006879 A EP 11006879A EP 2562310 B1 EP2562310 B1 EP 2562310B1
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EP
European Patent Office
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guide tube
bed
water body
underwater drilling
drilling arrangement
Prior art date
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Revoked
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EP11006879.8A
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English (en)
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EP2562310A1 (de
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Thomas Prof. Bauer
Stefan Michael Finkenzeller
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Bauer Maschinen GmbH
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Bauer Maschinen GmbH
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/12—Underwater drilling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D13/00—Accessories for placing or removing piles or bulkheads, e.g. noise attenuating chambers
    • E02D13/04—Guide devices; Guide frames
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/52—Submerged foundations, i.e. submerged in open water
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/24—Placing by using fluid jets
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/12—Underwater drilling
    • E21B7/124—Underwater drilling with underwater tool drive prime mover, e.g. portable drilling rigs for use on underwater floors

Definitions

  • the invention relates to an underwater drilling assembly and a method for creating a hole in a riverbed.
  • Such Bofiran inch can come for example when creating foundations for offshore wind turbines or underwater turbines for tidal power plants for a set.
  • a drilling method is known in which first a working platform is placed on the bottom of the water. On the platform a guide tube with a receiving hopper is attached. A drilling tool is inserted into the guide tube and lowered to carry out the drilling on the river bottom.
  • a drill pipe with drill bit for geological and deepwater drilling known.
  • the drill bit is attached to a core tube which is attached to a End of a drill string is attached.
  • the drill bit with the linkage is set in rotation by a rotating disk in which the linkage is mounted axially displaceable.
  • a drilling method is known in which first a support tube is rammed or rotated by means of a crawler support device in the ground. Subsequently, the soil material is drilled out within the support tube by means of a rope-suspended drill.
  • the invention has for its object to provide an underwater drilling assembly and a method for creating a hole in a body of water, in which the hole can be created very precise position and safe.
  • the underwater drilling assembly comprises a retractable platform for placement on the bottom of the water, a guide tube which is rotatably mounted on the platform and axially movable and adjustable, a drill string with drill head, which is arranged in the guide tube and driven by a drill drive and a guide tube drive which is arranged for introducing the guide tube into the body of water at the working platform, wherein the guide tube for reducing the friction, which occurs during introduction of the guide tube between the outer lateral surface of the guide tube and the soil material of the water body has a Gleitunterstützungs adopted.
  • a basic idea of the invention is to introduce the guide tube at least partially into the water bottom.
  • a separate guide tube drive is provided, with which the guide tube can be screwed into the riverbed and / or pressed.
  • the introduction can also be done by vertical vibrations or shock movements. It is possible such a tracking of the guide tube in the river bottom, so that the drilling tool is longer and better out.
  • the slide support device is doing the function to facilitate an accurate introduction of the guide tube.
  • the risk is reduced that due to the friction between the outer lateral surface of the guide tube and the body of water, the working platform is rotated relative to the guide tube. The force that must be expended on the support feet of the work platform for torque support is thus reduced.
  • the anchoring of the working platform with the riverbed is improved.
  • the slide support device comprises at least one feed device for supplying a friction-reducing fluid in a region of the outer circumferential surface of the guide tube.
  • the feeder has the function, the friction-reducing used Introduce fluid directly into the required area between the outer surface of the guide tube and the soil material of the water body.
  • the feed device can be designed, for example, as a tubular conduit system which runs along the guide tube.
  • suitable fluids can be used, such as oily liquids, gases or non-Newtonian liquids such as bentonite.
  • the supply device has at least one supply line, which is arranged within the guide tube, and at least one outlet opening in the wall of the guide tube.
  • the supply line is protected by the wall of the guide tube.
  • the supply line can run in the interior of the guide tube or be integrated in grooves of the guide tube.
  • the at least one supply line is connected to one or more outlet openings, via which the fluid can be discharged approximately radially into the area of the outer jacket surface.
  • the outlet openings may extend over the entire region of the guide tube, but preferably the outlet openings are arranged substantially in the lower region of the guide tube.
  • the outlet openings may also be designed as nozzles or the like in order to eject the friction-reducing fluid under pressure.
  • the outlet openings need not be connected directly to the supply line, but may also be connected to the supply line via passageways extending radially through the guide tube to the outside.
  • a fluid container is provided, which is connected to the at least one supply line.
  • the fluid container may be provided, for example, on the work platform or in the upper region of the guide tube or also be stationed on a supply ship from the work platform.
  • the fluid container could also hold several separate chambers which are filled with different fluids, which are introduced into the supply line as needed.
  • At least one pump is provided, with which fluid can be conveyed from the fluid container to the outlet opening.
  • the at least one pump the required pressure can be generated with which the fluid is ejected from the outlet openings.
  • a pump for example, positive displacement pumps or flow pumps can be used.
  • the guide tube has a cutting device in the region of its lower edge.
  • the cutter has the function of facilitating the introduction of the guide tube in the bottom of the water.
  • the cutting device is designed as a ring gear with a plurality of cutting teeth, which cut into the ground at a left or during a clockwise rotation of the guide tube.
  • At least one outlet opening for fluid is arranged in the vicinity of the cutting device.
  • the fluid is discharged at the same time at the lower edge of the guide tube, whereby the friction-reducing effect is optimally utilized.
  • the outlet openings may be arranged laterally on the guide tube and point radially outwards or else be arranged at the lower end above or between the cutting teeth.
  • the sliding support device comprises a sliding coating, which is arranged on an outer side of the guide tube.
  • the outside could be provided with a teflon coating, thereby reducing the resulting friction between the bottom material and the rotating outside of the guide tube.
  • Other coatings such as friction-reducing metal alloys or grohlenstoffmaschinever Kunststoffe plastics, can be used. As a result, a passive sliding support is achieved, which unfolds its friction-reducing effect on the guide tube, without further facilities are necessary for it.
  • This passive sliding support can be combined in particular with the addition of friction-reducing fluid in order to achieve a high friction-reducing effect.
  • the object mentioned at the outset is furthermore achieved by a method for creating a bore in a body of water, in particular with an underwater drilling arrangement, in which a working platform is sunk with a guide tube and placed on the bottom of the water, wherein a drill pipe in the guide tube arranged with drill head and axially guided, wherein the drill pipe is rotationally driven by means of a drill drive, the guide tube is introduced into the body of water via a guide tube drive, and by means of a guide tube arranged on the sliding friction, the friction during insertion of the guide tube between the outer surface of Guide tube and the sheet material of the riverbed occurs, is reduced.
  • the guide tube is screwed by means of the guide tube drive into the body of the river and / or pressed axially.
  • the introduction of the guide tube can be supported by vibrations induced by the guide tube drive parallel to the longitudinal direction of the guide tube.
  • the direction of rotation of the guide tube is adapted to the operation of the cutting device and can be rotated both clockwise and counterclockwise over the guide drive.
  • the sliding support device comprises a feeding direction, with which a fluid is introduced in a region between the outer lateral surface of the guide tube and a surrounding soil material to reduce the friction.
  • Bentonite is preferably used as the fluid, which hardens after the drilling operation and can thus be used as support fluid of the borehole created, which facilitates the subsequent pile foundation.
  • FIG. 1 A basic structure of an underwater drilling arrangement 10 according to the invention for creating a bore in a river bottom is in Fig. 1 shown.
  • the work platform 30 has a base body 20 to which a plurality of support struts 22 are fixed, on which support feet 24 are mounted for placement on the river bottom. To create a hole, the platform 30 is lowered to the bottom of the river and then placed with the support legs 24 on the bottom of the water.
  • the support feet 24 or Aufstellfterrorisme are made adjustable to compensate for vertical bumps on the water bottom, whereby the working platform 30 can be brought to the desired drilling position.
  • a guide tube In the middle of the main body 20, an exception 32 is formed in which a guide tube is enclosed.
  • the guide tube 40 is rotatable relative to the base body 20 and axially movable.
  • a guide drive 36 is arranged in the lower region of the base body.
  • the guide drive 36 comprises a hydraulically tensionable collet 37, which is rotatable by means of a horizontal cylinder 38.
  • a vertical cylinder 39 on the guide tube 40 and a vertical force can be applied.
  • an insertion funnel 47 is arranged, which facilitates the capture and the subsequent insertion of a drilling tool 44, which is drained via winches from a supply vessel, not shown, facilitates.
  • the drilling tool 44 comprises a cylindrical drill pipe 45, at the lower end of a drill head 50 is attached.
  • the work platform 30 is connected via not shown cable arrangements with the supply ship and is supplied with energy.
  • Fig. 2 shows a more detailed representation of the guide tube 40 with inserted drilling tool 44.
  • a drill head 50 for working rock or rock material is arranged at the lower end of the drilling tool 44.
  • Above the drill head 50 are attached to the drill pipe 45 Tarlastplatten 89, which increase the load on the drill head 50 by their weights.
  • the drill string is moved axially within the guide tube 40 on guide rails 58 provided thereon, which are arranged on the inner circumferential surface of the guide tube 40.
  • the guide tube 40 is subsequently introduced into the body of the water.
  • the guide tube 40 is rotated by means of the guide drive 36 relative to the base body 20 of the working platform 30 in rotation, wherein the attached to the lower edge of the guide tube 40 cutter 82 rotates into the ground.
  • the friction that occurs between the outer surface of the already located in the bottom portion of the guide tube and the soil material is reduced by a Gleitunterstützungs adopted 60 by supplying bentonite.
  • the area of the slide assist device 60 in FIG Fig. 2 is in Fig. 3 shown enlarged again.
  • the diameter of the guide tube 40 is reduced in the lower guide tube portion 72, whereby a substantially rectangular recess 73 is formed.
  • the guide tube 40 has a downwardly directed wall opening 74, on which an outlet opening 75 of a feed device 65 is arranged.
  • the outlet opening 75 is arranged in the vicinity of the cutting device 82.
  • the outlet port 75 is connected to the feeder 65, whereby the bentonite is conveyed via a supply line 70 from a fluid container 68 by means of a pump 78.
  • the supply line 70 is attached to the inside of the wall 65 of the guide tube 40.
  • the bentonite serves as a lubricant in order to reduce the friction in the region of the outer lateral surface 54. Due to the reduced frictional force and the force acting on the torque support of the guide tube 40 to the mounted on the base 20 support legs 24 is reduced. As a result, the guide tube 40 can be introduced deeper into the bottom of the water without the entire working platform 90 rotating because of the torque support.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Unterwasser-Bohranordnung sowie ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung in einem Gewässergrund.
  • Eine solche Bofiranordnung kann zum Beispiel beim Erstellen von Gründungen für Offshore-Windanlagen oder Unterwasserturbinen für Gezeitenkraftwerke zum Ein satz kommen.
  • Aus der GB 2 469 190 A ist ein Bohrverfahren bekannt, bei dem zunächst eine Arbeitsbühne auf dem Gewässergrund aufgesetzt wird. An der Arbeitsbühne ist ein Führungsrohr mit einem Aufnahmetrichter angebracht. Ein Bohrwerkzeug wird in das Führungsrohr eingeführt und zur Durchführung der Bohrung auf dem Gewässergrund abgesenkt.
  • Ein weiteres Verfahren ist aus der EP 23 22 724 A1 bekannt. Bei dieser Unterwasser-Bohranordnung sind an der Arbeitsbühne mehrere hülsenförmige Führungsrohre angeordnet, in welchen jeweils bereits ein rohrförmiges Gründungselement angeordnet wird. Das rohrförmige Gründungselement wird über einen aufgesetzten Bohrantrieb eingedreht, welcher nach Erstellen eines Bohrloches von dem Gründungselement gelöst wird.
  • Bei diesen bekannten Bohranordnungen sind die Führungsrohre auf der Arbeitsbühne angeordnet. Hierdurch wird eine Führungslänge begrenzt.
  • Aus der DE 35 15 276 A1 ist ein Bohrgestänge mit Bohrmeißel für Erd- und Tiefseebohrungen bekannt. Der Bohrmeißel wird an einem Kernrohr befestigt, das an einem Ende eines Bohrgestänges befestigt ist. Im Bohrbetrieb wird der Bohrmeißel mit dem Gestänge von einer rotierenden Scheibe in Rotation versetzt, in welcher das Gestänge axial verschiebbar gelagert ist.
  • Aus der GB 1,506,388 ist ein Bohrverfahren bekannt, bei welchem zunächst ein Stützrohr mittels eines Raupenträgergerätes in den Boden gerammt oder gedreht wird. Anschließend wird mittels eines seilaufgehängten Bohrgerätes das Bodenmaterial innerhalb des Stützrohres ausgebohrt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unterwasser-Bohranordnung und ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung in einem Gewässergrund anzugeben, bei dem die Bohrung besonders positionsgenau und sicher erstellt werden kann.
  • Die Aufgabe wird zum einen durch eine Unterwasser-Bohranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zum anderen wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Unterwasser-Bohranordnung umfasst eine versenkbare Arbeitsbühne zum Aufsetzen auf den Gewässergrund, ein Führungsrohr, welches an der Arbeitsbühne drehbar und axial verfahrbar sowie verstellbar gelagert ist, ein Bohrgestänge mit Bohrkopf, welches in dem Führungsrohr angeordnet und über einen Bohrantrieb antreibbar ist und einem Führungsrohrantrieb, welcher zum Einbringen des Führungsrohres in den Gewässergrund an der Arbeitsbühne angeordnet ist, wobei das Führungsrohr zum Verringern der Reibung, die beim Einbringen des Führungsrohres zwischen der äußeren Mantelfläche des Führungsrohres und dem Bodenmaterial des Gewässergrundes auftritt eine Gleitunterstützungseinrichtung aufweist.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, das Führungsrohr zumindest teilweise in dem Gewässergrund einzubringen. Dazu ist ein eigener Führungsrohrantrieb vorgesehen, mit dem das Führungsrohr in dem Gewässergrund eingedreht und/oder gedrückt werden kann. Das Einbringen kann auch durch vertikale Vibrationen oder Stoßbewegungen erfolgen. Es ist so ein Nachführen des Führungsrohres in den Gewässergrund möglich, so dass das Bohrwerkzeug länger und besser geführt ist. Der Gleitunterstützungseinrichtung kommt dabei die Funktion zu, ein exaktes Einbringen des Führungsrohres zu erleichtern. Vor allem bei einem Eindrehen des Führungsrohres wird so die Gefahr vermindert, dass aufgrund der Reibung zwischen der äußeren Mantelfläche des Führungsrohres und dem Gewässergrund die Arbeitsbühne gegenüber dem Führungsrohr verdreht wird. Die Kraft, die zur Drehmomentabstützung an den Aufstellfüßen der Arbeitsbühne aufgewendet werden muss, wird so vermindert. Zudem wird die Verankerung der Arbeitsbühne mit dem Gewässergrund verbessert.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Gleitunterstützungseinrichtung mindestens eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines reibungsmindernden Fluides in einem Bereich der äußeren Mantelfläche des Führungsrohres umfasst. Die Zuführeinrichtung hat die Funktion, das eingesetzte reibungsmindernde Fluid direkt in den erforderlichen Bereich zwischen der äußeren Mantelfläche des Führungsrohres und dem Bodenmaterial des Gewässergrundes hineinzuleiten. Die Zuführeinrichtung kann zum Beispiel als rohrförmiges Leitungssystem ausgebildet sein, das entlang dem Führungsrohr verläuft. Zur Reibungsminderung können geeignete Fluide zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel ölhaltige Flüssigkeiten, Gase oder auch nicht-newton'sche Flüssigkeiten wie zum Beispiel Bentonit.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Zuführeinrichtung mindestens eine Versorgungsleitung, welche innerhalb des Führungsrohres angeordnet ist, und mindestens eine Austrittsöffnung in der Wand des Führungsrohres aufweist. In dieser Anordnung ist die Versorgungsleitung durch die Wand des Führungsrohres geschützt. Die Versorgungsleitung kann dabei im Innenraum des Führungsrohres verlaufen oder auch in Nuten des Führungsrohres integriert sein. Die mindestens eine Versorgungsleitung ist mit einem oder mehreren Austrittsöffnungen verbunden, über die das Fluid etwa radial in den Bereich der äußeren Mantelfläche abgegeben werden kann. Die Austrittsöffnungen können sich über den gesamten Bereich des Führungsrohres erstrecken, vorzugsweise sind die Austrittsöffnungen aber im Wesentlichen im unteren Bereich des Führungsrohres angeordnet.
  • Die Austrittsöffnungen können auch als Düsen oder Ähnliches ausgebildet sein, um das reibungsmindernde Fluid unter Druck auszustoßen. Die Austrittsöffnungen müssen nicht unmittelbar an der Versorgungsleitung angeschlossen sein, sondern können auch über Durchgangskanäle, die sich radial durch das Führungsrohr nach außen erstrecken, mit der Versorgungsleitung verbunden sein.
  • Es ist bevorzugt, dass ein Fluidbehälter vorgesehen ist, welcher mit der mindestens einen Versorgungsleitung verbunden ist. Der Fluidbehälter kann zum Beispiel an der Arbeitsbühne oder im oberen Bereich des Führungsrohres vorgesehen sein oder auch von der Arbeitsbühne entfernt auf einem Versorgungsschiff stationiert sein. Der Fluidbehälter könnte auch mehrere separate Kammern fassen, die mit unterschiedlichen Fluiden befüllt sind, die je nach Bedarf in die Versorgungsleitung eingeleitet werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Pumpe vorgesehen, mit welcher Fluid von dem Fluidbehälter zu der Austrittsöffnung förderbar ist. Durch die wenigstens eine Pumpe kann der erforderliche Druck erzeugt werden, mit dem das Fluid aus den Austrittsöffnungen ausgestoßen wird. Als Pumpe können etwa Verdrängerpumpen oder Strömungspumpen zum Einsatz kommen.
  • Gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, dass das Führungsrohr im Bereich seiner unteren Kante eine Schneideinrichtung aufweist. Die Schneideinrichtung hat die Funktion, das Einbringen des Führungsrohres in den Boden des Gewässers zu erleichtern. Vorzugsweise ist die Schneideinrichtung als Zahnkranz mit einer Vielzahl Schneidzähnen ausgebildet, die sich bei einer Links- beziehungsweise bei einer Rechtsdrehung des Führungsrohres in den Boden einschneiden.
  • Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass mindestens eine Austrittsöffnung für Fluid im Nahbereich der Schneideinrichtung angeordnet ist. Dadurch wird das Fluid gleich an der unteren Kante des Führungsrohres abgegeben, wodurch die reibungsvermindernde Wirkung optimal ausgenützt wird. Die Austrittsöffnungen können seitlich am Führungsrohr angeordnet sein und radial nach außen zeigen oder auch an dem unteren Ende oberhalb oder auch zwischen den Schneidzähnen angeordnet sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Gleitunterstützungseinrichtung eine Gleitbeschichtung, welche an einer Außenseite des Führungsrohres angeordnet ist. Die Außenseite könnte zum Beispiel mit einer Teflonbeschichtung versehen sein, wodurch die entstehende Reibung zwischen dem Bodenmaterial und der sich drehenden Außenseite des Führungsrohres verringert wird. Auch andere Beschichtungen, wie reibungsmindernde Metallegierungen oder köhlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, können zum Einsatz kommen. Dadurch wird eine passive Gleitunterstützung erreicht, die ihre reibungsvermindernde Wirkung auf das Führungsrohr entfaltet, ohne dass weitere Einrichtungen dafür notwendig sind.
  • Diese passive Gleitunterstützung kann insbesondere mit der Zugabe von reibungsverminderndem Fluid kombiniert werden, um eine hohe reibungsvermindernde Wirkung zu erzielen.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung in einem Gewässergrund, insbesondere mit einer Unterwasser-Bohranordnung, gelöst, bei dem eine Arbeitsbühne mit einem Führungsrohr versenkt und auf dem Gewässergrund aufgesetzt wird, wobei in dem Führungsrohr ein Bohrgestänge mit Bohrkopf angeordnet und axial geführt wird, wobei mittels eines Bohrantriebes das Bohrgestänge drehend angetrieben wird, das Führungsrohr in den Gewässergrund über einen Führungsrohrantrieb eingebracht wird, und dabei mittels einer am Führungsrohr angeordneten Gleitunterstützung die Reibung, die beim Einbringen des Führungsrohres zwischen der äußeren Mantelfläche des Führungsrohres und dem Bogenmaterial des Gewässergrundes auftritt, verringert wird. Das Führungsrohr wird mittels des Führungsrohrantriebes in den Gewässergrund eingedreht und/oder axial gedrückt.
  • Das Einbringen des Führungsrohres kann durch vom Führungsrohrantrieb ausgelöste Vibrationen parallel zur Längsrichtung des Führungsrohres unterstützt werden. Vorzugsweise ist die Drehrichtung des Führungsrohrs an die Funktionsweise der Schneideinrichtung angepasst und kann sowohl mit als auch gegen den Uhrzeigersinn über den Führungsantrieb gedreht werden.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Gleitunterstützungseinrichtung eine Zuführeihrichtung, mit welcher ein Fluid in einem Bereich zwischen der äußeren Mantelfläche des Führungsrohres und einem umgebenden Bodenmaterial zur Minderung der Reibung eingebracht wird. Bevorzugt wird als Fluid Bentonit verwendet, das nach dem Bohrvorgang aushärtet und somit als Stützflüssigkeit des erstellten Bohrloches verwendet werden kann, was die anschließende Pfahlgründung erleichtert.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohranordnung;
    Fig. 2
    eine detaillierte Ansicht des Führungsrohrs mit Gleitunterstützung;
    Fig. 3
    eine vergrößerte Ansicht der Gleitunterstützung.
  • Ein grundsätzlicher Aufbau einer erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohranordnung 10 zum Erstellen einer Bohrung in einem Gewässergrund ist in Fig. 1 gezeigt. Die Arbeitsbühne 30 weist einen Grundkörper 20 auf, an dem eine Vielzahl von Stützstreben 22 befestigt sind, an denen Stützfüße 24 zum Aufstellen auf dem Gewässergrund angebracht sind. Zum Erstellen einer Bohrung wird die Arbeitsbühne 30 auf den Gewässergrund abgesenkt und anschließend mit den Stützfüßen 24 auf dem Gewässergrund gestellt. Die Stützfüße 24 oder Aufstellfüße sind verstellbar ausgeführt, um vertikale Unebenheiten am Gewässergrund auszugleichen, wodurch die Arbeitsbühne 30 in die gewünschte Bohrposition gebracht werden kann.
  • In der Mitte des Grundkörpers 20 ist eine Ausnahme 32 ausgebildet in der ein Führungsrohr eingefasst ist. Das Führungsrohr 40 ist gegenüber dem Grundkörper 20 drehbar und axial verfahrbar gelagert. Zum Drehen des Führungsrohrs 40 gegenüber der Arbeitsbühne 30 ist ein Führungsahtrieb 36 im unteren Bereich des Grundkörpers angeordnet. Der Führungsantrieb 36 umfasst eine hydraulisch spannbare Spannzange 37, welche mittels eines Horizontalzylinders 38 verdrehbar ist. Zusätzlich kann mit einem Vertikalzylinder 39 auf das Führungsrohr 40 auch eine vertikale Kraft ausgeübt werden.
  • Im oberen Bereich des Führungsrohres ist ein Einführtrichter 47 angeordnet, der das Einfangen und das anschließende Einführen eines Bohrwerkzeuges 44, das über Seilwinden von einem nicht dargestellten Versorgungsschiff abgelassen wird, erleichtert. Das Bohrwerkzeug 44 umfasst ein zylindrisches Bohrgestänge 45, an dessen unteren Ende ein Bohrkopf 50 angebracht ist. Die Versorgung des Bohrwerkzeuges 44 mit Energie, Spülflüssigkeit oder auch aushärtbarer Masse, wie zum Beispiel Beton, geschieht über einen Versorgungskanal 51, mit dem das Bohrwerkzeug 44 mit dem Versorgungsschiff verbunden ist. Auch die Arbeitsbühne 30 ist über nicht dargestellte Seilanordnungen mit dem Versorgungsschiff verbunden und wird darüber mit Energie versorgt.
  • Fig. 2 zeigt eine detailliertere Darstellung des Führungsrohres 40 mit eingeführtem Bohrwerkzeug 44. Am unteren Ende des Bohrwerkzeuges 44 ist ein Bohrkopf 50 zum Abarbeiten von Gesteins- beziehungsweise Felsmaterial angeordnet. Oberhalb des Bohrkopfes 50 befinden sich an das Bohrgestänge 45 befestigte Auflastplatten 89, die durch ihr Gewichte die Auflast auf den Bohrkopfe 50 erhöhen.
  • Das Bohrgestänge wird innerhalb des Führungsrohres 40 an dafür vorgesehen Führungsschienen 58, die an der Inhenmantelfläche des Führungsrohres 40 angeordnet sind, axial verfahren.
  • Sobald die Arbeitsbühne 30 auf die gewünschte Position am Gewässergrund abgesetzt wurde und über die Stützfüße 24 in eine stabile Lage gebracht wurde, wird anschließend das Führungsrohr 40 in den Gewässergrund eingebracht.
  • Das Führungsrohr 40 wird mittels des Führungsantriebs 36 gegenüber dem Grundkörper 20 der Arbeitsbühne 30 in Drehung versetzt, wobei sich die an der unteren Kante des Führungsrohres 40 angebrachte Schneideinrichtung 82 in den Boden eindreht. Die Reibung, die zwischen der äußeren Mantelfläche des schon im Boden befindlichen Abschnitts des Führungsrohres und dem Bodenmaterial auftritt, wird durch eine Gleitunterstützungseinrichtung 60 durch Zuführen von Bentonit vermindert.
  • Der Bereich der Gleitunterstützungseinrichtung 60 in Fig. 2 ist in Fig. 3 nochmal vergrößert dargestellt. Der Durchmesser des Führungsrohrs 40 ist im unteren Führungsrohrabschnitt 72 verkleinert, wodurch eine im Wesentlichen rechteckige Einbuchtung 73 entsteht. Im Bereich der Einbuchtung 73 weist das Führungsrohr 40 eine nach unten gerichtete Wandöffnung 74 auf, an der eine Austrittsöffnung 75 einer Zuführeinrichtung 65 angeordnet ist. Die Austrittsöffnung 75 ist im Nahbereich oberhalb der Schneideinrichtung 82 angeordnet. Die Austrittsöffnung 75 ist mit der Zuführeinrichtung 65 verbunden, wodurch das Bentonit über eine Versorgungsleitung 70 von einem Fluidbehälter 68 mittels einer Pumpe 78 befördert wird. Die Versorgungsleitung 70 ist an der Innenseite der Wand 65 des Führungsrohres 40 angebracht.
  • Das Bentonit dient dabei als Gleitmittel, um die Reibung im Bereich der äußeren Mantelfläche 54 zu verringern. Aufgrund der verringerten Reibungskraft wird auch die Kraft, die zur Drehmomentabstützung des Führungsrohres 40 auf die, an dem Grundkörper 20 angebrachten Stützfüße 24 wirkt, vermindert. Dadurch kann das Führungsrohr 40 tiefer in den Gewässergrund eingebracht werden, ohne dass sich wegen der Drehmomentabstützung die gesamte Arbeitsbühne 90 mitdreht.
  • Aufgrund des tief eingebrachten Führungsrohres 40 kann eine stabile Verankerung der Arbeitsbühne 30 mit dem Gewässergrund erreicht werden, wodurch ein positionsgenaues Bohren ermöglicht wird.

Claims (12)

  1. Unterwasser-Bohranordnung (10) zum Erstellen einer Bohrung in einem Gewässergrund mit
    - einer versenkbaren Arbeitsbühne (30) zum Aufsetzen auf den Gewässergrund,
    - einem Bohrwerkzeug (44) mit einem Bohrgestänge (45), an dessen unteren Ende ein Bohrkopf (50) angebracht ist, und
    - einem Bohrantrieb (43), durch welchen das Bohrgestänge (45) drehend antreibbar ist,
    - wobei ein Führungsrohr (40) vorgesehen ist, welches an der Arbeitsbühne (30) drehbar und axial verfahrbar sowie feststellbar gelagert ist,
    - wobei das Bohrgestänge (45) mit Bohrkopf (50) in dem Führungsrohr (40) angeordnet und axial geführt ist und
    - wobei ein Führungsrohrantrieb (36) vorgesehen ist, welcher zum Einbringen des Führungsrohres (40) in den Gewässergrund an der Arbeitsbühne (30) angeordnet ist,
    - wobei das Führungsrohr (40) zum Verringern der Reibung, die beim Einbringen des Führungsrohres (40) zwischen der äußeren Mantelfläche (54) des Führungsrohres (40) und dem Bodenmaterial des Gewässergrundes auftritt, eine Gleitunterstützungseinrichtung (60) aufweist.
  2. Unterwasser-Bohranordnung (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Führungsrohrantrieb (36) als Spannzangen Antrieb ausgebildet ist, welcher eine hydraulisch spannbare Spannzange (37), welche mittels eines Horizontalzylinders (38) verdrehbar ist, umfasst.
  3. Unterwasser-Bohranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gleitunterstützungseinrichtung (60) mindestens eine Zuführeinrichtung (65) zum Zuführen eines reibungsmindernden Fluides in einen Bereich der äußeren Mantelfläche (54) des Führungsrohres (40) umfasst.
  4. Unterwasser-Bohranordnung (10) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zuführeinrichtung (65) mindestens eine Versorgungsleitung (70), welche innerhalb des Führungsrohres (40) angeordnet ist, und mindestens eine Austrittsöffnung (75) in der Wand (56) des Führungsrohres (40) aufweist.
  5. Unterwasser-Bohranordnung (10) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Fluidbehälter (68) vorgesehen ist, welcher mit der mindestens einen Versorgungsleitung (70) verbunden ist.
  6. Unterwasser-Bohranordnung (10) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass wenigstens eine Pumpe (78) vorgesehen ist, mit welcher Fluid von dem Fluidbehälter (68) zu der Austrittsöffnung (75) förderbar ist.
  7. Unterwasser-Bohranordnuno (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeicnnet,
    dass das Führungsrohr (40) im Bereich seiner unteren Kante eine Schneideinrichtung (82) aufweist.
  8. Unterwasser-Bohranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens eine Austrittsöffnung (75) für Fluid im Nahbereich der Schneideinrichtung (82) angeordnet ist.
  9. Unterwasser-Bohranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gleitunterstützungseinrichtung (60) eine Gleitbeschichtung umfasst, welche an einer Außenseite (54) des Führungsrohres (40) angeordnet ist.
  10. Verfahren zum Erstellen einer Bohrung in einem Gewässergrund, insbesondere mit einer Unterwasser-Bohranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Arbeitsbühne (30) versenkt und auf dem Gewässergrund aufgesetzt wird, wobei
    - mittels eines Bohrantriebes (43) ein Bohrgestänge (45) mit Bohrkopf (50) drehend angetrieben wird,
    - die Arbeitsbühne (30) mit einem Führungsrohr (40) abgesenkt wird,
    - das Bohrgestänge (45) mit Bohrkopf (50) in dem Führungsrohr (40) angeordnet und axial geführt wird, und
    - das Führungsrohr (40) über einen Führungsrohrantrieb (36) in den Gewässergrund eingebracht wird, und
    - dabei mittels einer am Führungsrohr (40) angeordneten Gleitunterstützungseinrichtung (60) die Reibung, die beim Einbringen des Führungsrohres (40) zwischen der äußeren Mantelfläche (54) des Führungsrohres (40) und dem Bodenmaterial des Gewässergrundes auftritt, verringert wird.
  11. Verfahren zum Erstellen einer Bohrung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Führungsrohr (40) mittels des Führungsrohrantriebs (36) in den Gewässergrund eingedreht und/oder axial gedrückt wird.
  12. Verfahren zum Erstellen einer Bohrung nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gleitunterstützungseinrichtung (60) eine Zuführeinrichtung (65) umfasst, mit welcher ein Fluid in einen Bereich zwischen der äußeren Mantelfläche (54) des Führungsrohres (40) und einem umgebenden Bodenmaterial zur Minderung der Reibung eingebracht wird.
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