EP2771532B1 - Schmiermittelversorgung einer bohrung zum verlegen einer rohrleitung - Google Patents

Schmiermittelversorgung einer bohrung zum verlegen einer rohrleitung Download PDF

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EP2771532B1
EP2771532B1 EP12812848.5A EP12812848A EP2771532B1 EP 2771532 B1 EP2771532 B1 EP 2771532B1 EP 12812848 A EP12812848 A EP 12812848A EP 2771532 B1 EP2771532 B1 EP 2771532B1
Authority
EP
European Patent Office
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lubricant
rock
dispensing
drilling
section
Prior art date
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Active
Application number
EP12812848.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2771532A2 (de
Inventor
Steffen Praetorius
Christian Rein
Marc Peters
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Herrenknecht AG
Original Assignee
Herrenknecht AG
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Publication date
Application filed by Herrenknecht AG filed Critical Herrenknecht AG
Publication of EP2771532A2 publication Critical patent/EP2771532A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2771532B1 publication Critical patent/EP2771532B1/de
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Classifications

    • 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
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • 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
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/08—Controlling or monitoring pressure or flow of drilling fluid, e.g. automatic filling of boreholes, automatic control of bottom pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for performing a bore in which a drilling device is moved from a starting point with force via a pipe string to a target point along a drilling section, wherein during drilling an annular space between the rock and the pipe string is formed, which is filled with a lubricant the lubricant is supplied to the annulus via at least one lubricant line with pump, and a system for supplying lubricant in an annulus of a bore for laying a pipeline having a main delivery point with at least one switchable valve, with at least one refill delivery point, with at least one lubricant delivery point, with at least a switchable valve, wherein at least one conduit and a pump for transporting the lubricant to the delivery points are provided.
  • a classification of the procedures on the basis of the controllability (controlled / uncontrolled procedures), the soil treatment (soil displacement / soil removal), the Bohrkleintransports (mechanical, hydraulic) and the number of work steps (pilot drilling, Aufweitbohrung, Einzieh- or insertion process) has proven . Further distinguishing features are e.g. the basic geometric design of the drilling axis (rectilinear, curved) and the pipe materials to be laid by means of the respective method (for example concrete, PE, cast iron, steel, etc.). In addition, the achievable bore dimensions (length, diameter, volume) are sometimes already suitable to assign certain procedures of the same or another group of procedures.
  • microtunneling In this case, a controlled, sometimes curved bore is usually created from a launch shaft or a starting pit to a target shaft or a target pit. Characteristic of this method is that pilot drilling, Aufweitbohrung and insertion process of the tubes are realized in a single step. This combined operation is basically carried out pushing or pushing out of the starting shaft or the starting excavation pit and the non-zugfest interconnected jacking pipes generally correspond at the same time to be laid product tubes.
  • the lubricant creates a lubricating film between the jacking pipe and the surrounding substrate. At the same time, the lubricant supports the substrate. As a result, the skin friction between the substrate and jacking pipe is greatly reduced. If a continuous lubricating film is present, it is possible to preferentially push large sections or the entire tubing string as a whole. The use of stretchers in the pipe string can be omitted, which saves time and an effective propulsion power is achieved.
  • annular space If the annular space is under-supplied with lubricant, it may lead to attachment of the soil to the jacking pipe or to the flushing of fines from the excavation chamber. This leads to greatly increased skin friction, which can lead to the fact that it is no longer easily possible to achieve the appropriate driving lengths or suddenly it is necessary to use Dehner stations. Is a Excessive supply of lubricant in the annulus, negative effects such as blowouts or blockage of the pipe string may occur due to the pressure in the annulus.
  • a delivery point which has, for example switchable valves, provided on or behind the drilling device.
  • the switching of the valves for example, by an electric motor or alternatively with compressed air or hydraulic systems.
  • a conduit is provided which is connected to the valves.
  • the line itself is connected to a pump and a tank system, from which the lubricant is supplied to the valves.
  • discharge stations are provided at intervals between the piping of the pipe string, which also have valves and are also connected to the main line for the delivery of lubricant. These valves are also switchable.
  • DE 197 49 771 C1 discloses a method in which a pipeline for managing the pipeline is introduced into an existing old pipeline. The old pipe is destroyed by a workover cone.
  • DE 197 49 771 C1 deals with the question of how to introduce lubricant into an area in which the new pipeline is located, so that the annular space between the new pipeline and the old pipeline or the surrounding rock is filled with lubricant.
  • the approaches pressure-constant introduced lubricant or constant flow rate introduced lubricant are applied. Constant pressure applied lubricant is used when the old pipeline remains, or the borehole wall is so stable that is not expected to eruptions. If this is not the case, the lubricant is introduced with constant volume flow. In the first case, it is disclosed that if there is cavitation in the vicinity of the borehole, the volumetric flow rate is increased to keep the pressure constant until the maximum possible volumetric flow rate is reached. Subsequently, the propulsion speed should be reduced.
  • DE 103 56 696 B3 discloses a method for trenchless laying of underground pipelines from a launch shaft with a shield machine. Between the pipes to be collected and the borehole wall there is an annular space filled with a lubricant.
  • DE 103 56 696 B3 discloses that in the area of the shield machine, the first tube or the first lubrication station, a continuous or periodic investigation of the nature of the soil is carried out and, depending on the result of the investigation, the soil in the examined area is sealed or solidified by a sealing and / or solidifying medium , or the composition of the support and lubricant is adjusted to the particular soil condition. It is provided a pipe area, which is provided with shut-off elements, through which the annulus can be closed within a certain range.
  • injection nozzles are provided, which pass through the pipe and open into the annulus.
  • the injection lines are fed with two supply lines, each having a control unit.
  • the one supply line additionally has a parallel mixing device, via which the lubricant is adjustable.
  • measuring devices are provided, via which the injection or support pressure in the annular space is determined.
  • the object of the invention is therefore to improve in the aforementioned method and the aforementioned system such that longer laying lengths are possible and at the same time can be dispensed with the use of intermediate-Dehner stations.
  • the object according to the invention is achieved by dividing the drilling section into sections lengthwise, assigning a stone to each section, calculating for each section a desired quantity of lubricant to be dispensed, and including in the calculation an annular volume provided in section in that the calculation includes a rock factor which results from the rock of the section and the capacity of the rock in relation to the lubricant.
  • a further teaching of the invention provides that at least one lubricant delivery point is provided along the pipe string, over which an additional lubricant delivery during the drilling progress is defined with respect to the respective section.
  • a further teaching of the invention provides that the discharge quantity of a lubricant delivery point is calculated with respect to the respective section, wherein the calculation includes a rock loss factor resulting from the rock of the respective section and the loss of the lubricant in the section into the rock , This also makes it possible in a sufficient manner to compensate for the losses of the annulus without overfilling.
  • the delivery quantity of a lubricant delivery point is calculated with respect to the respective segment, wherein the calculation takes into account a covered drilling progress distance, a drilling progress rate and / or a drilling time for achieving the respective drilling progress point on which the calculation is based. This makes it possible to incorporate the quantities to be delivered in relation to the actual rate of drilling.
  • a further teaching of the invention provides that a main delivery point for the lubricant in the field of drill, so for example, at, behind or behind the drill, is provided, the dispensing valves, which are switchable, and preferably with at least one supply line with a pump be controlled.
  • At least one refill delivery point is provided with the at least one lubricant delivery point along the pipe string having discharge valves which are switchable, and which are preferably controlled by at least one supply line and a pump.
  • the main delivery point and the Nach Schollabgabestelle supplied either via one or via a respective line and pump with lubricant become.
  • a main delivery point can be done in a defined amount of the necessary lubricant delivery to fill the annulus depending on the rock.
  • lubricant is bentonite.
  • the pressure of the lubricant is measured in the line and / or on the pump.
  • this is another indication based on a change in the system is detected.
  • a further teaching of the invention provides that a control is provided, via which the calculation of the setpoint quantity of the lubricant to be dispensed takes place.
  • the control makes it possible to determine the respective parameters, to carry out a target / actual comparison and also to carry out a monitoring, with which it is possible to retrieve in situ the conditions actually prevailing and at the same time to get a detailed evaluation, like the conditions so far for example, to make inferences about changes in the process of drilling while adjusting the parameters with respect to the control.
  • Another teaching of the invention provides that the switching of the valves takes place by means of compressed air.
  • a further teaching of the invention provides that the lubricant delivery is switched prioritized according to a delivery target value and / or a difference between the taxable target value and the actual taxable value. It is particularly preferred that the prioritization via the switching of the valves be switched according to a delivery target value and / or a difference between the taxable target value and the actual taxable value. As a result, the most uniform possible distribution of the lubricant in the annulus is achieved.
  • the object according to the invention is achieved by providing a controller for carrying out the aforementioned method.
  • Fig. 1 shows a route plan A of a hole.
  • the route plan A reflects the mountains 30 again and in which type of rock 32, the mountain 30 is divided in each mountain section 31. It is determined whether, for example, the mountain portion is a section of sand 34, gravel 35 or clay 36 or other types of rock.
  • a pipe sequence diagram B is shown, from which it can be seen that already an area of the drilling section E has been drilled in the direction of drilling D.
  • the route plan A further has a section categorization C of sections 33.
  • the section division C reflects the Verpressmengenver notoriousnite F of each associated Verpressmenge 37 again.
  • the borehole 17 is created by means of a boring head 10, to which a main delivery point 11 for the delivery of lubricant, here bentonite flushing, is connected. Subsequently, pipe sections 12 are arranged. At regular intervals subcontracting points 13 are provided. In addition, Dehner stations (not shown) can be arranged. At the main delivery point 11 and the secondary delivery point 13 Auslvesse 14 are arranged through the lubricant 28 is introduced into an annular space 15 between outer side 16 of the tube 16 and surface 18 of the borehole 17. In the annulus 15 is the lubricant 28 (here Bentonit Practicalung).
  • the Superabgabestelle 13, such as in Fig. 2 includes blower 14, which are connected to distribution lines 23 in a valve station 21.
  • the valve station 21 is connected to a supply line 26 to the main line 20.
  • the lubricant 28 is by means of a pump 19 (see Fig. 4 ) is pumped through the main line 20 into the supply line 26.
  • valves 24 are arranged, which are connected to a control line 25 with a controller 22 (FIG. Fig. 4 ) are connected.
  • the pumps 19 are connected via control lines 25 to the controller. This also applies to pressure sensors 27 or other measuring sensors (not shown).
  • the main delivery point 11 has a similar structure.
  • the controller 22 is connected to a terminal 29 for inputting and outputting.
  • a terminal 29 On the terminal 29, the route plan A with the mountain sections 31, the pipe sequence plan B with the individual elements of Bohrvortriebs and the section C and the associated respective Verpressmengenver whatsoever is shown.
  • the respective Verpressmenge 37 depending on the geometry of the annulus 15 and the rock type 32.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Bohrung, bei dem eine Bohrvorrichtung von einem Startpunkt mit Krafteinleitung über einen Rohrstrang zu einen Zielpunkt entlang einer Bohrstrecke bewegt wird, wobei beim Bohren ein Ringraum zwischen Gestein und Rohrstrang entsteht, der mit einem Schmiermittel gefüllt ist, wobei das Schmiermittel über wenigstens eine Schmiermittelleitung mit Pumpe dem Ringraum zugeführt wird, und ein System zum Zuführen von Schmiermittel in einem Ringraum einer Bohrung zum Verlegen einer Rohrleitung mit einer Hauptabgabestelle mit wenigstens einem schaltbaren Ventil, mit wenigstens einer Nachfüllabgabestelle, mit wenigstens einem Schmiermittelabgabepunkt, mit wenigstens einem schaltbaren Ventil, wobei wenigstens eine Leitung und eine Pumpe zum Transport des Schmiermittels zu den Abgabestellen vorgesehen sind.
  • In der Vergangenheit wurden zahlreiche. Verfahren und Vorrichtungen entwickelt, um Rohrleitungen grabenlos im Boden zu verlegen und somit sensible Bereiche an der Geländeoberfläche zu unterqueren, für die eine Verlegung im offenen Rohrgraben aus technischen, ökologischen, rechtlichen oder wirtschaftlichen Gründen nicht möglich oder angeraten erschien. Dies kann z.B. dort der Fall sein, wo die Oberfläche im Verlegungsbereich mit schweren Baumaschinen nicht befahren werden kann (z.B. Moore, Gewässer) oder wo aus ökologischer Sicht keine Baugenehmigung erteilt werden kann (z.B. in Naturschutzgebieten) oder wo der Einsatz der konventionellen Verlegetechniken zu teuer würde (z.B. bei großen Verlegetiefen und hohem Grundwasserstand).
  • Es hat sich eine Einteilung der Verfahren an Hand der Steuerbarkeit (gesteuerte/ungesteuerte Verfahren), der Bodenbehandlung (Bodenverdrängung/Bodenentnahme), des Bohrkleintransports (mechanisch, hydraulisch) sowie der Anzahl der Arbeitsschritte (Pilotbohrung, Aufweitbohrung, Einzieh- bzw. Einschubvorgang) bewährt. Weitere Unterscheidungsmerkmale sind z.B. die grundsätzliche geometrische Ausbildung der Bohrachse (geradlinig, gekrümmt) sowie die mittels des jeweiligen Verfahrens zu verlegenden Rohrmaterialien (z.B. Beton, PE, Guss, Stahl etc.). Außerdem sind auch die erreichbaren Bohrungsdimensionen (Länge, Durchmesser, Volumen) mitunter schon geeignet, bestimmte Verfahren der gleichen oder einer anderen Gruppe von Verfahren zuzuordnen.
  • Ein bekanntes Verfahren ist das Microtunneling (MT). Hierbei wird in der Regel aus einem Startschacht oder einer Startbaugrube heraus eine gesteuerte, mitunter gekrümmte Bohrung zu einem Zielschacht oder einer Zielbaugrube erstellt. Charakteristisch für dieses Verfahren ist, dass Pilotbohrung, Aufweitbohrung und Einschubvorgang der Rohre in einem einzigen Arbeitsschritt verwirklicht werden. Dieser kombinierte Arbeitsschritt wird grundsätzlich schiebend bzw. drückend aus dem Startschacht bzw. der Startbaugrube heraus durchgeführt und die nicht zugfest miteinander verbundenen Vortriebsrohre entsprechen in der Regel gleichzeitig den zu verlegenden Produktrohren.
  • Zum Durchführen solcher Bohrungen ist es notwendig, eine effektive Schmierung zwischen Außenseite des Rohrstrangs und dem Gebirge bereit zu stellen. Über das Schmiermittel wird ein Schmierfilm zwischen Vortriebsrohr und umgebenden Untergrund erzeugt. Gleichzeitigt stützt das Schmiermittel den Untergrund. Hierdurch wird die Mantelreibung zwischen Untergrund und Vortriebsrohr stark reduziert. Ist ein durchgehender Schmierfilm vorhanden, ist es möglich, große Abschnitte oder den ganzen Rohrstrangs als Ganzes vorzugschieben. Der Einsatz von Dehnern im Rohrstrang kann entfallen, wodurch Zeit eingespart und eine effektive Vortriebsleistung erreicht wird.
  • Bei einer Unterversorgung des Ringraums mit Schmiermittel kann es zu Anlagerung des Bodens an das Vortriebsrohr oder zur Einspülung von Feinteilen aus der Abbaukammer kommen. Dies führt zu stark erhöhter Mantelreibung, was dazu führen kann, dass es nicht mehr ohne Weiteres möglich ist, die entsprechenden Vortriebslängen zu erreichen oder auf einmal es doch notwendig wird, Dehner-Stationen einzusetzen. Ist eine Überversorgung mit Schmiermittel im Ringraum vorhanden, können negative Effekte wie beispielsweise Ausbläser oder die Blockierung des Rohrstrangs bedingt durch den Überdruck im Ringraum auftreten.
  • Im Wesentlichen wird der Hauptteil des Schmiermittels entweder im oder hinter dem Bohrkopf oder dem Bohrschild der Bohrvorrichtung eingebracht. Hierfür ist eine Abgabestelle, die beispielsweise schaltbare Ventile aufweist, an oder hinter der Bohrvorrichtung vorgesehen. Das Schalten der Ventile erfolgt beispielsweise elektromotorisch oder alternativ mit Druckluft- oder Hydrauliksystemen. Im Rohrstrang ist eine Leitung vorgesehen, die mit den Ventilen verbunden ist. Die Leitung selber ist mit einer Pumpe und einem Tanksystem verbunden, aus dem das Schmiermittel zu den Ventilen zugeführt wird. Zusätzlich werden in Abständen zwischen den Rohrleitungen des Rohrstrangs Abgabestationen vorgesehen, die ebenfalls Ventile aufweisen und an die Hauptleitung ebenfalls zur Abgabe von Schmiermittel angeschlossen sind. Auch diese Ventile sind schaltbar.
  • Das Ansteuern der Ventile erfolgte bisher zeitgetaktet dahingehend, dass jedes Ventil eine definierte Zeit geöffnet war und damit versucht wurde zu gewährleisten, dass eine hinreichende Menge an Schmiermittel im Ringraum vorhanden war.
  • Es hat sich gezeigt, dass dieses System nur dann hinreichend funktioniert, wenn entsprechende gute Voruntersuchungen vorhanden sind und gleichzeitig im Wesentlichen kontinuierliche Bedingungen herrschen.
  • DE 197 49 771 C1 offenbart ein Verfahren, bei dem eine Rohrleitung zur Aufwältigung der Rohrleitung in eine bestehende Altrohrleitung eingebracht wird. Dabei wird das Altrohr über einen Aufwältigungskonus zerstört. DE 197 49 771 C1 beschäftigt sich mit der Frage, wie Schmiermittel in einen Bereich einzubringen ist, in dem sich die neue Rohrleitung befindet, so dass der Ringraum zwischen der neuen Rohrleitung und der alten Rohrleitung beziehungsweise dem umgebenden Gestein mit Schmiermittel aufzufüllen ist. Dabei werden die Ansätze druckkonstant eingebrachtes Schmiermittel beziehungsweise volumenstromkonstant eingebrachtes Schmiermittel angewendet. Druckkonstant eingebrachtes Schmiermittel wird dabei angewendet, wenn die alte Rohrleitung bestehen bleibt, beziehungsweise die Bohrlochwand so stabil ist, dass nicht mit Ausbrüchen zu rechnen ist. Ist dieses nicht gegeben, wird das Schmiermittel volumenstromkonstant eingebracht. Für den ersten Fall ist offenbart, dass, falls es zu einer Kavernenbildung in der Umgebung des Bohrlochs kommt, der Volumenstrom erhöht wird, um den Druck konstant zu halten, bis der maximale mögliche Volumenstrom erreicht wird. Anschließend soll die Vortriebsgeschwindigkeit verringert werden.
  • DE 103 56 696 B3 offenbart ein Verfahren zum grabenlosen Verlegen von Rohrleitungen unterhalb des Erdbodens von einem Startschacht aus mit einer Schildmaschine. Zwischen den einzuziehenden Rohren und der Bohrlochwandung ist ein Ringraum vorhanden, der mit einem Stütz- und Schmiermittel gefüllt ist. DE 103 56 696 B3 offenbart, dass im Bereich der Schildmaschine, des ersten Rohres oder der ersten Schmierstation eine kontinuierliche oder periodische Untersuchung der Beschaffenheit des Erdbodens durchgeführt und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Untersuchung das Erdreich im untersuchten Bereich durch eine Abdichtungs- und/oder Verfestigungsmedium abgedichtet oder verfestigt wird, oder die Zusammensetzung des Stütz- und Schmiermittels an die jeweilige Bodenbeschaffenheit eingestellt wird. Es ist ein Rohrbereich vorgesehen, der mit Absperrelementen versehen ist, durch die der Ringraum innerhalb eines bestimmten Bereiches geschlossen werden kann. An Injektionsleitungen sind Injektionsstutzen vorgesehen, die durch die Rohrleitung hindurch gehen und in den Ringraum münden. Die Injektionsleitungen werden mit zwei Zuführleitungen gespeist, die jeweils eine Steuereinheit aufweisen. Die eine Zuführleitung weist zusätzlich eine parallel geschaltete Mischeinrichtung auf, über die das Schmiermittel einstellbar ist. Weiterhin sind Messeinrichtungen vorgesehen, über die der Injektions- beziehungsweise Stützdruck im Ringraum ermittelt wird. DE 103 56 696 B3 offenbart somit eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit dem es möglich ist, im Lockergestein Störungen abzudichten beziehungsweise die Schmiermittelflüssigkeit über den gesamten Ringraum an die Störung anzupassen, damit die Störung verschlossen bleibt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, in das vorgenannte Verfahren und das vorgenannte System derart zu verbessern, dass längere Verlegelängen möglich sind und gleichzeitig auf den Einsatz von Zwischen-Dehner-Stationen verzichtet werden kann.
  • Hinsichtlich des Verfahrens wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass die Bohrstrecke der Länge nach in Abschnitte eingeteilt wird, dass jedem Abschnitt ein Gestein zugewiesen wird, dass für jeden Abschnitt eine abzugebende Sollmenge Schmiermittel berechnet wird, dass in die Berechnung ein in Abschnitt vorgesehenes Ringraumvolumen einfließt, dass in die Berechnung ein Gesteinsfaktor einfließt, der sich aus dem Gestein des Abschnitts und der Aufnahmefähigkeit des Gesteins in Bezug auf das Schmiermittel ergibt.
  • Dadurch wird es möglich die abzugebenden Mengen an die tatsächlich herrschenden Begebenheiten anzupassen. Weiterhin wird es auf einfache Weise möglich, Gesteinsänderungen besser zu berücksichtigen. Darüber hinaus ist es möglich, die jeweils tatsächlich notwendige Menge im Abgabepunkt abzugeben.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass entlang des Rohrstrangs wenigstens ein Schmiermittelabgabepunkt vorgesehen wird, über den eine zusätzliche Schmiermittelabgabe während des Bohrfortschritts in Bezug auf den jeweiligen Abschnitt definiert erfolgt.
  • Durch die definierte Abgabe in Bezug auf den jeweiligen Abschnitt entlang des Rohrstrangs ist es möglich, genauestens die notwendige Schmiermittelmenge im Ringraum bereit zu halten ohne eine Überfüllung zu befürchten.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, die Abgabemenge eines Schmiermittelabgabepunktes in Bezug auf den jeweiligen Abschnitt berechnet wird, wobei in die Berechnung ein Gesteinsverlustfaktor, der sich aus dem Gestein des jeweiligen Abschnitts und den Verlust des in Abschnitt anstehenden Schmiermittels in das Gestein ergibt, einfließt. Hierdurch wird es ebenfalls ermöglicht in hinreichender Weise die Verluste des Ringraums ohne Überfüllung zu kompensieren.
  • Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Abgabemenge eines Schmiermittelabgabepunktes in Bezug auf den jeweiligen Abschnitt berechnet wird, wobei in die Berechnung eine zurückgelegte Bohrfortschrittsstrecke, eine Bohrfortschrittsgeschwindigkeit und/oder eine Bohrzeit zum Erreichen des jeweiligen bei der Berechnung zugrunde liegenden Bohrfortschrittspunkts berücksichtigt wird, einfließt. Hierdurch wird es möglich, die abzugebenden Mengen in Bezug auf den tatsächlichen Bohrfortschritt einfließen zu lassen.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass eine Hauptabgabestelle für das Schmiermittel im Bereich der Bohrmaschine, also beispielsweise an, bei oder hinter der Bohrmaschine, vorgesehen wird, die Abgabeventile aufweist, die schaltbar sind, und die bevorzugt mit wenigstens einer Versorgungsleitung mit einer Pumpe angesteuert werden.
  • Weiterhin ist vorteilhaft, dass wenigstens eine Nachfüllabgabestelle mit dem wenigstens ein Schmiermittelabgabepunkt entlang des Rohrstrangs vorgesehen wird, die Abgabeventile aufweist, die schaltbar sind, und die bevorzugt mit wenigstens einer Versorgungsleitung und einer Pumpe angesteuert werden.
  • Vorteilhaft ist dabei weiterhin, dass die Hauptabgabestelle und die Nachfüllabgabestelle entweder über eine oder über jeweils eine Leitung und Pumpe mit Schmiermittel versorgt werden. Durch das Vorsehen einer Hauptabgabestelle kann in definierter Menge die notwendige Schmiermittelabgabe zur Füllung des Ringraums in Abhängigkeit des Gesteins erfolgen. Gleiches gilt für das Vorsehen von Nachfüllabgabestellen, da hierdurch es möglich wird, die Schmiermittelmenge im Ringraum hinreichend konstant zu halten. Weiterhin wird es auf diese Weise möglich, mehrere Versorgungsleitungen und mehrere Pumpen vorzusehen, die als eine Einheit angesteuert werden.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Schmiermittel um Bentonit handelt.
  • Vorteilhaft ist es weiterhin, dass in der Leitung und/oder an der Pumpe der Druck des Schmiermittels gemessen wird. Neben der Überwachung des von Bohrkopf oder Bohrschild gelösten Gesteins beispielsweise durch Abscheidung aus der Spülung ist dieses ein weiteres Indiz basierend auf dem eine Änderung im System feststellbar wird.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass eine Steuerung vorgesehen wird, über die die Berechnung der abzugebenden Sollmenge des Schmiermittels erfolgt.
  • Weiterhin ist vorteilhaft, dass eine Steuerung vorgesehen wird, über die die Berechnung der zusätzlichen Schmiermittelabgabe erfolgt.
  • Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Einteilung der Bohrstrecke in Abschnitte, das Zuweisen des Gesteins, die Berechnung des Ringraumvolumens, die Eingabe der Gesteinsparameter, die Erfassung der abgegebenen Menge Schmiermittels, die Erfassung der an der Pumpe und/oder in der Leitung herrschenden Drücke des Schmiermittels, das Schalten der Abgabeventile, die Ausgabe der aktuellen Ist-Betriebszustände und/oder die Ausgabe der gewesenen Betriebszustände über oder mit der Steuerung erfolgt. Durch die Steuerung wird es möglich, die jeweiligen Parameter festzustellen, ein Soll-Ist-Vergleich durchzuführen und auch ein Monitoring durchzuführen, mit dem es möglich ist, insitu die tatsächlich herrschenden Bedingungen abzurufen und gleichzeitig in eine detaillierte Auswertung zu bekommen, wie die Bedingungen bisher waren, um beispielsweise Rückschlüsse für Änderungen in Bezug auf das Verfahrensablauf des Bohrens unter Anpassung der Parameter in Bezug auf die Steuerung vorzunehmen.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Schalten der Ventile per Druckluft erfolgt.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Schmiermittelabgabe priorisiert nach einem Abgabesollwert und/oder einer Differenz zwischen Abgabesollwert und Istabgabewert geschaltet werden. Besonders bevorzugt erfolgt das über das Schalten der Ventile priorisiert nach einem Abgabesollwert und/oder einer Differenz zwischen Abgabesollwert und Istabgabewert geschaltet werden. Dadurch wird eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Schmiermittels im Ringraum erreicht.
  • Hinsichtlich des Systems wird die efindungsgemäße Aufgabe durch das Vorsehen einer Steuerung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens gelöst.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhang eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    Eine schematische Ansicht des Bohrlochs mit Trassenplan und Abschnittseinteilung,
    Fig. 2
    eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Nebenabgabenstelle,
    Fig. 3
    eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ventilstation, und
    Fig. 4
    eine Schemaansicht einer erfindungsmäßen Anlagensteuerung.
  • Fig. 1 zeigt einen Trassenplan A einer Bohrung. Der Trassenplan A spiegelt das Gebirge 30 wieder und in welche Gesteinsart 32 das Gebirge 30 sich im jeweiligen Gebirgsabschnitt 31 aufteilt. Dabei wird festgelegt, ob es sich beispielsweise bei dem Gebirgsabschnitt um einen Abschnitt mit Sand 34, Kies 35 oder Ton 36 oder andere Gesteinsarten handelt. Parallel dazu wird ein Rohrfolgeplan B dargestellt, aus dem ersichtlich ist, dass bereits ein Bereich der Bohrstrecke E in Bohrrichtung D abgebohrt wurde. Der Trassenplan A weist des Weiteren eine Abschnittseinteilung C von Abschnitten 33 auf. Die Abschnittseinteilung C spiegelt die Verpressmengenverteilung F der jeweils dazugehörigen Verpressmenge 37 wieder. Das Bohrloch 17 wird mittels eines Bohrkopfs 10 erstellt, an dem eine Hauptabgabestelle 11 für die Schmiermittelabgabe, hier Bentonitspülung, angeschlossen ist. Nachfolgend sind Rohrabschnitte 12 angeordnet. In jeweils regelmäßigen Abständen werden Nebenabgabestellen 13 vorgesehen. Zusätzlich können Dehner-Stationen (nicht dargestellt) angeordnet werden. An der Hauptabgabestelle 11 und der Nebenabgabestelle 13 sind Ausläse 14 angeordnet, durch die das Schmiermittel 28 in einen Ringraum 15 zwischen Rohraußenseite 16 und Oberfläche 18 des Bohrlochs 17 eingebracht wird. In dem Ringraum 15 befindet sich das Schmiermittel 28 (hier Bentonitspülung).
  • Die Nebenabgabestelle 13, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist, umfasst Ausläse 14, die mit Verteilleitungen 23 in eine Ventilstation 21 verbunden sind. Die Ventilstation 21 ist mit einer Zuleitung 26 mit der Hauptleitung 20 verbunden. Das Schmiermittel 28 wird mittels einer Pumpe 19 (siehe Fig. 4) durch die Hauptleitung 20 in die Zuleitung 26 gepumpt. In der Ventilstation 21 sind Ventile 24 angeordnet, die mit einer Steuerleitung 25 mit einer Steuerung 22 (Fig. 4) verbunden sind. Auch die Pumpen 19 sind über Steuerleitungen 25 mit der Steuerung verbunden. Dieses gilt ebenfalls für Drucksensoren 27 oder weitere Messsensoren (nicht dargestellt). Die Hauptabgabestelle 11 ist gleichartig aufgebaut.
  • Die Steuerung 22 ist mit einem Terminal 29 zum Ein- und Ausgeben verbunden. Auf dem Terminal 29 wird der Trassenplan A mit den Gebirgsabschnitten 31, der Rohrfolgeplan B mit den einzelnen Elementen des Bohrvortriebs sowie die Abschnittseinteilung C und die dazugehörige jeweilige Verpressmengenverteilung dargestellt. Durch die Zuweisung einer Gesteinsart 32 zu einem Gebirgsabschnitts 31 und daraus folgend der Zuweisung der Gesteinsart 32 zu einem Abschnitt 33 ist es möglich, die jeweilige Verpressmenge 37 in Abhängigkeit der Geometrie des Ringraums 15 und der Gesteinsart 32 zu berechnen. Dabei wird in dem Faktor, der sich aus der Gesteinsart ergibt, berücksichtigt, wie viel Schmiermittel 28 der einzelne Abschnitt 33 in Abhängigkeit der Gesteinsart 32 beispielsweise wegen Porenvolumen oder dergleichen aufnimmt. Gleichzeitig wird weiterhin berücksichtigt wie hoch der jeweilige Verlust an Schmiermittel 28 in einem einzelnen Abschnitt in Bezug auf die Zeit oder den Bohrfortschritt ist. Auf diese Weise lassen sich die jeweiligen Verpressmengen 37 pro Abschnitt 33, sowohl bei der Hauptverpressung als auch bei der Nebenverpressung, ermitteln. Auf dem Terminal 29 wird die Verpressmenge 37 in Bezug auf den Abschnitt 33 jeweils dargestellt. Dadurch ist es möglich, zu überwachen, wie groß die tatsächlich an einem bestimmten spezifischen Ventil 24 oder einem Abschnitt 33 abgegebene tatsächliche Schmiermittelmenge ist, wie groß sie tatsächlich sein soll und wie viel noch abgegeben werden muss. Weiterhin wird es möglich, zu überwachen, an welchem Ventil 24 der jeweiligen Nebenabgabestelle 13 Schmiermittel 28 verpresst wird. Gleiches gilt für die Schmiermittelabgabe an der Hauptabgabestelle 11.
  • Weiterhin wird es möglich, basierend auf der notwendigen Kraft der Krafteinleitungsvorrichtung wie beispielsweise einem Pressrahmen, einem Pipethruster oder den Dehner-Stationen und der tatsächlich bewegten Mantelfläche der Rohrleitung die jeweilige aktuelle Mantelreibung zu berechnen. Bezugszeichenliste
    10 Bohrkopf A Trassenplan
    11 Hauptabgabestelle B Rohrfolgeplan
    12 Rohrabschnitt C Abschnittseinteilung
    13 Nebenabgabestelle D Bohrrichtung
    14 Auslas E Bohrstrecke
    15 Ringraum F Verpressmengenverteilung
    16 Rohraußenseite
    17 Bohrloch
    18 Oberfläche
    19 Pumpe
    20 Hauptleitung
    21 Ventilstation
    22 Steuerung
    23 Verteilleitung
    24 Ventil
    25 Steuerleitung
    26 Zuleitung
    27 Drucksensor
    28 Schmiermittel
    29 Terminal
    30 Gebirge
    31 Gebirgsabschnitt
    32 Gesteinsart
    33 Abschnitt
    34 Sand
    35 Kies
    36 Ton
    37 Verpressmenge

Claims (13)

  1. Verfahren zum Durchführen einer Bohrung, bei dem eine Bohrvorrichtung von einem Startpunkt mit Krafteinleitung über einen Rohrstrang zu einen Zielpunkt entlang einer Bohrstrecke bewegt wird, wobei beim Bohren ein Ringraum (15) zwischen Gestein (30) und Rohrstrang entsteht, der mit einem Schmiermittel gefüllt ist, wobei das Schmiermittel (28) über wenigstens eine Schmiermittelleitung (20) mit Pumpe (19) dem Ringraum (15) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrstrecke (E) der Länge nach in Abschnitte (33) eingeteilt wird, dass jedem Abschnitt (33) ein Gestein (32) zugewiesen wird, dass für jeden Abschnitt (33) eine abzugebende Sollmenge Schmiermittel (28) berechnet wird, dass in die Berechnung ein im Abschnitt vorgesehenes Ringraumvolumen einfließt, dass in die Berechnung ein Gesteinsfaktor einfließt, der sich aus dem Gestein (32) des Abschnitts (33) und der Aufnahmefähigkeit des Gesteins (32) in Bezug auf das Schmiermittel (28) ergibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Rohrstrangs wenigstens ein Schmiermittelabgabepunkt (11, 13) vorgesehen wird, über den eine zusätzliche Schmiermittelabgabe während des Bohrfortschritts in Bezug auf den jeweiligen Abschnitt (33) definiert erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabemenge eines Schmiermittelabgabepunktes (11, 13) in Bezug auf den jeweiligen Abschnitt (33) berechnet wird, wobei in die Berechnung ein Gesteinsverlustfaktor, der sich aus dem Gestein (32) des jeweiligen Abschnitts und den Verlust des in Abschnitt (33) anstehenden Schmiermittels (28) in das Gestein (30) ergibt, einfließt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabemenge eines Schmiermittelabgabepunktes (11, 13) in Bezug auf den jeweiligen Abschnitt (33) berechnet wird, wobei in die Berechnung eine zurückgelegte Bohrfortschrittsstrecke, eine Bohrfortschrittsgeschwindigkeit und/oder eine Bohrzeit zum Erreichen des jeweiligen bei der Berechnung zugrunde liegenden Bohrfortschrittspunkts einfließt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptabgabestelle (11) für das Schmiermittel (28) im Bereich der Bohrmaschine (10) vorgesehen wird, die Abgabeventile (14, 24) aufweist, die schaltbar sind, und die bevorzugt mit wenigstens einer Versorgungsleitung (20) mit einer Pumpe (19) angesteuert werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Nachfüllabgabestelle (13) mit dem wenigstens ein Schmiermittelabgabepunkt entlang des Rohrstrangs vorgesehen wird, die Abgabeventile (14, 24) aufweist, die schaltbar sind, und die bevorzugt mit wenigstens einer Versorgungsleitung (20) und einer Pumpe (19) angesteuert werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptabgabestelle (11) und die Nachfüllabgabestelle (13) entweder über eine oder über jeweils eine Leitung (20) und Pumpe (19) mit Schmiermittel (28) versorgt werden, und/oder dass in der Leitung (20) und/oder an der Pumpe (19) der Druck des Schmiermittels gemessen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (22) vorgesehen wird, über die die Berechnung der abzugebenden Sollmenge des Schmiermittels (28) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (22) vorgesehen wird, über die die Berechnung der zusätzlichen Schmiermittelabgabe erfolgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einteilung der Bohrstrecke in Abschnitte (33), das Zuweisen des Gesteins (32), die Berechnung des Ringraumvolumens, die Eingabe der Gesteinsparameter, die Erfassung der abgegebenen Menge Schmiermittels (28), die Erfassung der an der Pumpe (19) und/oder in der Leitung (20) herrschenden Drücke des Schmiermittels (28), das Schalten der Abgabeventile (24), die Ausgabe der aktuellen Ist-Betriebszustände und/oder die Ausgabe der gewesenen Betriebszustände über oder mit der Steuerung (22) erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelabgabe priorisiert nach einem Abgabesollwert und/oder einer Differenz zwischen Abgabesollwert und Istabgabewert geschaltet werden.
  12. System zum Zuführen von Schmiermittel (28) in einem Ringraum (15) einer Bohrung zum Verlegen einer Rohrleitung mit einer Hauptabgabestelle (11) mit wenigstens einem schaltbaren Ventil (24), mit wenigstens einer Nachfüllabgabestelle (13), mit wenigstens einem Schmiermittelabgabepunkt (14), mit wenigstens einem schaltbaren Ventil (24), wobei wenigstens eine Leitung (20) und eine Pumpe (19) zum Transport des Schmiermittels (28) zu den Abgabestellen (11, 13) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (22) vorgesehen ist, die so ausgeführt ist, dass beim Erstellen einer Bohrung, bei dem eine Bohrvorrichtung (10) von einem Startpunkt mit Krafteinleitung über einen Rohrstrang zu einen Zielpunkt entlang einer Bohrstrecke bewegt wird, wobei beim Bohren ein Ringraum (15) zwischen Gestein und Rohrstrang entsteht, der Ringraum (15) mit einem Schmiermittel (28) gefüllt wird, wobei das Schmiermittel (28) über wenigstens eine Schmiermittelleitung (20) mit Pumpe (19) dem Ringraum (15) zugeführt wird, die Bohrstrecke der Länge nach in Abschnitte (33) eingeteilt wird, jedem Abschnitt (33) ein Gestein (32) zugewiesen wird, und für jeden Abschnitt (33) eine abzugebende Sollmenge Schmiermittel (28) berechnet wird, wobei in die Berechnung ein im Abschnitt (33) vorgesehenes Ringraumvolumen und ein Gesteinsfaktor, der sich aus dem Gestein (32) des Abschnitts (33) und der Aufnahmefähigkeit des Gesteins (32) in Bezug auf das Schmiermittel (28) ergibt, einfließen.
  13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (22) so ausgeführt ist, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11 ausführbar ist.
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