EP3327247A1 - Bohrvorrichtung und verfahren zum bohren von gestein - Google Patents

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EP3327247A1
EP3327247A1 EP16200188.7A EP16200188A EP3327247A1 EP 3327247 A1 EP3327247 A1 EP 3327247A1 EP 16200188 A EP16200188 A EP 16200188A EP 3327247 A1 EP3327247 A1 EP 3327247A1
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EP
European Patent Office
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electrode
electrodes
drill pipe
rock
drilling
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Withdrawn
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EP16200188.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Bauer
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.)
Bauer Maschinen GmbH
Original Assignee
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
    • E21B7/14—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 DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/02—Core bits
    • 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
    • E21B25/00—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels, core extractors
    • E21B25/10—Formed core retaining or severing means

Definitions

  • the invention relates to a drilling device for drilling rock, in particular hard rock, with a drill pipe and at least one first electrode and at least one second electrode, between which an electrical voltage can be generated, which can be ablated by voltage discharge between the electrodes rock material, according to the preamble of the claim 1.
  • the invention further relates to a method for drilling rock, in particular hard rock, with a drill pipe, which has at least one first electrode and at least one second electrode, between which an electrical voltage is built up, wherein by voltage discharge between the first electrode and the second electrode rock material for producing the bore is removed, according to the preamble of claim 10.
  • a generic drilling method which is also referred to as Elektroimpulsbohren, for example, from the DE 20 2006 018 980 U1 out.
  • a central electrode is formed around which a plurality of further electrodes is arranged in a ring.
  • a voltage can be built up, so that rock material on a circular disk-shaped working face over the entire surface can be removed.
  • the electrodes contact the rock, they do not have to transmit any large mechanical forces.
  • the Elektroimpulsbohren is thus relatively low-wear, but requires a large amount of electrical energy.
  • drilling devices for Elektroimpulsbohren with a central electrode are, for example, from the US 3,881,559 B , of the US 2,822,148 B or the US 2,308,860 B known. From the DE 10 2011 100 358 A1 Furthermore, a drilling device with a curved casing out, through which initially a drill head for an electric pulse method can be introduced horizontally.
  • drill heads For drilling hard rock, it is also known to use drill heads, in which fuel gases are passed into the region of the working face. In the case of hard rock, due to thermal stresses, rock material can be loosened and a borehole can be created. Such a drilling method is for example from the US 2011/0198123 A1 out. The delivery of a fuel gas into a borehole is expensive in terms of design, operation and maintenance.
  • the invention has for its object to provide a drilling apparatus and a method for drilling, with which a well can be created efficiently especially in hard rock.
  • the drilling device is characterized in that a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are arranged in pairs to each other and that the plurality of electrode pairs of the first electrode and the second electrode are arranged annularly along a lower edge of the drill pipe.
  • a basic idea of the invention can be seen in the use of an electric impulse method for creating a borehole, wherein, however, a rock excavation is not provided completely over the entire boring cross section. Rather, according to the invention, the first electrodes and the second electrodes arranged in pairs along an annular edge of a drill pipe. Thus, so to speak, an annular borehole is created in which a corresponding core remains.
  • the electrodes of a pair of electrodes have a different polarity.
  • a particularly preferred embodiment of the invention is that the drill pipe has an inner receiving space for a drill core.
  • the processed in the electric pulse process soil material can be dissipated in a known manner by the supply of a rinsing fluid from the working face and discharged to the outside of the borehole.
  • the core can be removed with or through the drill pipe.
  • At least one collecting device is provided for holding the drill core in the receiving space of the drill pipe.
  • the collecting device may in particular comprise hooks or punches, which are preferably movable between a retraction position and a clamping position for holding the core.
  • actuating cylinder in particular hydraulic actuating cylinder or mechanical clamping devices.
  • the core can break off at a certain length / diameter ratio, for example of a critical length, which is 1 to 2 m or more, due to the forces acting in drilling operation on its own.
  • a crushing device is provided for breaking the core of pending rock.
  • the crushing device may comprise elements which selectively apply transverse forces transversely to the longitudinal direction of the drill core.
  • a mechanical removal device may also be provided at a lower region of the drill pipe, with which the core is machined in its foot area. In this way, a targeted separation or break point can be generated on the core.
  • the drill pipe can create a borehole in the ground solely by axial or vertical movement.
  • the borehole may also have a deviating from a circular outer contour.
  • a rotary drive is provided for rotationally driving the drill pipe.
  • the rotary drive can be provided within the borehole or preferably outside the borehole on a carrier device.
  • the drill pipe is rotatably driven to create the borehole, so that it can be worked on the drill pipe due to the continuous change in position with a small number of pairs of electrodes.
  • mechanical removal tools can also be provided on the drill pipe.
  • the drill pipe can be used on a conventional rotary drilling rig, which is equipped with additional components for electrical voltage generation.
  • At least one electrical generator device is provided, which is designed to generate a high voltage electrical pulse between the electrodes of a pair of electrodes.
  • the generator device is designed to generate an electrical pulse, which is preferably in a range between 100 kV to 1000 kV.
  • the impact energy can be in the range of 100 joules.
  • the surge can be generated with a duration of preferably less than 200 ns.
  • a pulse repetition rate may preferably be between 10 Hz.
  • the generator device comprises a so-called Marx generator, which is arranged within the drill pipe or outside the borehole on a carrier device. It may be provided a mode of operation with DC voltage and AC voltage. Depending on the operating mode, corresponding components may be provided, such as rectifiers, capacitors and / or transformers.
  • a particularly efficient operation of the drilling apparatus is achieved according to an embodiment of the invention in that a control device is provided, which for targeted activation and power supply of the individual pairs of electrodes is trained.
  • the electrode pairs can be driven simultaneously with energy for generating a plurality of high-voltage pulses.
  • Such a differentiated control of the electrode pairs is particularly useful for the removal of the resulting rock material, which is preferably removed by a flushing medium from the wellbore.
  • a discharge device for discharging the drill core from the receiving space of the drill pipe is arranged.
  • a broken drill core can be removed from the wellbore by an internal lifting device within the drill pipe.
  • the drill core it is also possible for the drill core to be held in the receiving space of the drill pipe, the drill pipe being pulled out of the drill hole for emptying the drill core and then being inserted again into the drill hole.
  • the simplest arrangement variant of a pair of electrodes consists in that two individual electrodes of different polarity face each other, so that a removal flow can be generated between them.
  • a preferred embodiment of the invention consists in that the first electrode and / or the second electrode of an electrode pair itself comprises a plurality of electrode elements.
  • the first electrode may be a central electrode
  • the second electrode has a plurality of electrode elements, which are arranged, for example, in a ring around the central electrode.
  • a pair of electrodes may be considered, so to speak, as an electrode removal unit having any electrode or electrode element configuration.
  • the electrode removal units are preferably arranged distributed along the lower edge of a drill pipe.
  • the object mentioned in the introduction is achieved in that a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are arranged in pairs and annularly along a lower edge of the drill pipe, wherein an annular borehole is produced with a drill core.
  • the method according to the invention can preferably be carried out with the drilling device described above. With the method according to the invention, the advantages described above can be achieved.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is that the drill core is received in an inner receiving space of the drill pipe.
  • the receiving space may be formed with a length of up to several meters.
  • the core is broken and loosened in the receiving space of the upcoming rock.
  • the release of the core can be effected solely by the forces occurring in drilling operation when the core has reached a certain length-diameter ratio.
  • a release or breaking device can be provided, with which static and / or dynamic forces are preferably applied to them in the transverse direction to the longitudinal axis of the drill core.
  • a cutting device on the drill pipe with which the drill core is at least partially cut in a foot region. In this way, a predetermined breaking point can be formed when transverse forces are applied to an upper end of the drill core.
  • the broken core be held in the receiving space and / or discharged from the receiving space.
  • a holding can take place via corresponding clamping or tensioning devices in the interior of the drill pipe.
  • the drill core can be removed from the wellbore via a cable system within the drill pipe.
  • the electrode pairs can be operated with any suitable voltage. According to a development of the invention, it is particularly preferred for an electrical high-voltage pulse to be generated between the first electrode and the second electrode of each electrode pair, through which the rock material is released. To form the high voltage pulse, a voltage of 10 kV and more may be provided.
  • the individual pairs of electrodes are selectively activated and supplied with energy.
  • a corresponding control device for generating and guiding the voltage pulse is provided.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung und ein Verfahren zum Bohren von Gestein, insbesondere Hartgestein, mit einem Bohrrohr und mindestens einer ersten Elektrode und mindestens einer zweiten Elektrode, zwischen denen eine elektrische Spannung erzeugt wird, wobei durch Spannungsentladung zwischen den Elektroden Gesteinsmaterial abgetragen wird. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere erste Elektroden und mehrere zweite Elektroden paarweise zueinander angeordnet sind und dass die mehreren Elektrodenpaare von erster Elektrode und zweiter Elektrode ringförmig entlang eines unteren Randes des Bohrrohres angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Bohren von Gestein, insbesondere Hartgestein, mit einem Bohrrohr und mindestens einer ersten Elektrode und mindestens einer zweiten Elektrode, zwischen denen eine elektrische Spannung erzeugbar ist, wobei durch Spannungsentladung zwischen den Elektroden Gesteinsmaterial abtragbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bohren von Gestein, insbesondere Hartgestein, mit einem Bohrrohr, welches mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode aufweist, zwischen denen eine elektrische Spannung aufgebaut wird, wobei durch Spannungsentladung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode Gesteinsmaterial zum Erzeugen der Bohrung abgetragen wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
  • Es ist Stand der Technik, bei Hartgestein Bohrwerkzeuge mit sogenannten Rollen- oder Rundschaftmeißeln einzusetzen. Durch punktförmige Werkzeugspitzen können im Hartgestein punktuell so hohe Spannungen erzeugt werden, dass Gesteinsmaterial abplatzt und so das Bohrloch erstellt wird. Dieses mechanische Erstellen eines Bohrloches in Hartgestein ist jedoch sehr verschleißbehaftet und bedingt einen häufigen Austausch der Rollen- oder Rundschaftmeißel.
  • Ein gattungsgemäßes Bohrverfahren, welches auch als Elektroimpulsbohren bezeichnet wird, geht beispielsweise aus der DE 20 2006 018 980 U1 hervor. Bei der hierfür vorgesehenen Bohrvorrichtung ist eine Zentralelektrode ausgebildet, um welche eine Vielzahl von weiteren Elektroden ringförmig angeordnet ist. Zwischen der Zentralelektrode und den äußeren Elektroden kann eine Spannung aufgebaut werden, so dass Gesteinsmaterial an einer kreisscheibenförmigen Ortsbrust vollflächig abgetragen werden kann. Die Elektroden kontaktieren zwar das Gestein, müssen aber keine großen mechanischen Kräfte übertragen. Das Elektroimpulsbohren ist somit relativ verschleißarm, benötigt aber eine große Menge an elektrischer Energie.
  • Weitere derartige Bohrvorrichtungen zum Elektroimpulsbohren mit einer zentralen Elektrode sind beispielsweise auch aus der US 3,881,559 B , der US 2,822,148 B oder der US 2,308,860 B bekannt. Aus der DE 10 2011 100 358 A1 geht weiterhin eine Bohrvorrichtung mit einem gekrümmten Futterrohr hervor, durch welches zunächst horizontal ein Bohrkopf für ein Elektroimpulsverfahren eingeführt werden kann.
  • Zum Bohren von Hartgestein ist es weiterhin bekannt, Bohrköpfe einzusetzen, bei welchen Brenngase in den Bereich der Ortsbrust geleitet werden. Bei Hartgestein kann aufgrund thermischer Spannungen so Gesteinsmaterial gelöst und ein Bohrloch erstellt werden. Ein derartiges Bohrverfahren geht beispielsweise aus der US 2011/0198123 A1 hervor. Die Zuführung eines Brenngases in ein Bohrloch ist hinsichtlich Konstruktion, Betrieb und Wartung aufwändig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung und ein Verfahren zum Bohren anzugeben, mit welchen insbesondere in Hartgestein ein Bohrloch effizient erstellt werden kann.
  • Die Aufgabe wird zum einen durch eine Bohrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Verfahren zum Bohren von Gestein mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste Elektroden und mehrere zweite Elektroden paarweise zueinander angeordnet sind und dass die mehreren Elektrodenpaare von erster Elektrode und zweiter Elektrode ringförmig entlang eines unteren Randes des Bohrrohres angeordnet sind.
  • Eine Grundidee der Erfindung kann darin gesehen werden, zum Erstellen eines Bohrloches ein Elektroimpulsverfahren einzusetzen, wobei ein Gesteinsabtrag jedoch nicht vollständig über den gesamten Bohrquerschnitt vorgesehen wird. Vielmehr sind nach der Erfindung die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden paarweise zueinander entlang eines ringförmigen Randes eines Bohrrohres angeordnet. Somit wird sozusagen ein ringförmiges Bohrloch erstellt, in welchem ein entsprechender Bohrkern verbleibt. Die Elektroden eines Elektrodenpaares weisen eine unterschiedliche Polarität auf.
  • Nach einer Erkenntnis der Erfindung ist es nicht zwingend notwendig, diesen Bohrkern im Elektroimpulsverfahren abzuarbeiten. Vielmehr hat sich gezeigt, dass insbesondere beim Erstellen eines Bohrkerns im Hartgestein der Bohrkern aufgrund der im Betrieb auftretenden mechanischen Querkräfte ab einer bestimmten Länge abbricht. Somit kann ein Bohrloch mit einem erheblich reduzierten Energieaufwand und auch mit einer erheblich verkürzten Bearbeitungszeit erstellt werden.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Bohrrohr einen inneren Aufnahmeraum für einen Bohrkern aufweist. Das im Elektroimpulsverfahren abgearbeitete Bodenmaterial kann in bekannter Weise durch die Zuführung eines Spülfluides von der Ortsbrust abgeführt und nach außerhalb des Bohrlochs abgeleitet werden. Hingegen kann der Bohrkern mit oder durch das Bohrrohr abgeführt werden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, dass mindestens eine Auffangeinrichtung zum Halten des Bohrkerns in dem Aufnahmeraum des Bohrrohrs vorgesehen ist. Die Auffangeinrichtung kann dabei insbesondere Haken oder Stempel aufweisen, welche vorzugsweise zwischen einer Rückzugsposition und einer Spannposition zum Halten des Bohrkerns verfahrbar sind. Zum Verfahren können vorzugsweise Stellzylinder, insbesondere hydraulische Stellzylinder oder mechanische Klemmeinrichtungen vorgesehen sein.
  • Grundsätzlich kann der Bohrkern ab einem bestimmten Längen-DurchmesserVerhältnis, etwa mit einer kritischen Länge, welche 1 bis 2 m oder mehr, aufgrund der im Bohrbetrieb anstehenden Kräfte von alleine abbrechen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass eine Brecheinrichtung zum Brechen des Bohrkerns von anstehendem Gestein vorgesehen ist. Insbesondere kann die Brecheinrichtung Elemente aufweisen, welche gezielt Querkräfte quer zur Längsrichtung des Bohrkerns aufbringen. Alternativ oder ergänzend kann auch eine mechanische Abtragseinrichtung an einem unteren Bereich des Bohrrohrs vorgesehen sein, mit welcher der Bohrkern in seinem Fußbereich mechanisch bearbeitet wird. Hierdurch kann eine gezielte Trenn- oder Bruchstelle an dem Bohrkern erzeugt werden.
  • Abhängig von Anzahl und Anordnung der Elektrodenpaare kann das Bohrrohr allein durch eine Axial- oder Vertikalbewegung ein Bohrloch im Boden erstellen. Dabei kann das Bohrloch auch eine von einer Kreisform abweichende Außenkontur aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass ein Drehantrieb zum drehenden Antreiben des Bohrrohrs vorgesehen ist. Der Drehantrieb kann dabei innerhalb des Bohrlochs oder vorzugsweise außerhalb des Bohrlochs an einem Trägergerät vorgesehen sein. Das Bohrrohr wird zum Erstellen des Bohrlochs drehend angetrieben, so dass aufgrund der kontinuierlichen Lageveränderung auch mit einer geringen Anzahl von Elektrodenpaaren an dem Bohrrohr gearbeitet werden kann. Zusätzlich können an dem Bohrrohr auch mechanische Abtragswerkzeuge vorgesehen sein. Das Bohrrohr kann an einem herkömmlichen Drehbohrgerät eingesetzt werden, welche mit Zusatzkomponenten zur elektrischen Spannungserzeugung ausgestattet ist.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, dass mindestens eine elektrische Generatoreinrichtung vorgesehen ist, welche zum Erzeugen eines elektrischen Hochspannungsimpulses zwischen den Elektroden eines Elektrodenpaares ausgebildet ist. Die Generatoreinrichtung ist zur Erzeugung eines elektrischen Impulses ausgebildet, welcher vorzugsweise in einem Bereich zwischen 100 kV bis 1000 kV liegt. Die Stoßenergie kann dabei im Bereich von 100 Joule liegen. Der Spannungsstoß kann mit einer Zeitdauer von vorzugsweise unter 200 ns erzeugt werden. Eine Impulswiederholrate kann vorzugsweise zwischen 10 Hz liegen. Besonders bevorzugt umfasst die Generatoreinrichtung einen sogenannten Marxgenerator, welcher innerhalb des Bohrrohrs oder außerhalb des Bohrlochs an einem Trägergerät angeordnet ist. Es kann eine Betriebsweise mit Gleichspannung und Wechselspannung vorgesehen sein. Abhängig von der Betriebsart können entsprechende Komponenten vorgesehen sein, etwa Gleichrichter, Kondensatoren und/oder Transformatoren.
  • Ein besonders effizienter Betrieb der Bohrvorrichtung wird nach einer Ausführungsform der Erfindung dadurch erzielt, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche zur gezielten Aktivierung und Energieversorgung der einzelnen Elektrodenpaare ausgebildet ist. Grundsätzlich können die Elektrodenpaare gleichzeitig mit Energie zur Erzeugung von mehreren Hochspannungsimpulsen angesteuert werden. Vorzugsweise werden jedoch nur einzelne Elektrodenpaare gleichzeitig angesteuert, während die verbliebenen Elektrodenpaare ruhen und zeitlich versetzt angesteuert werden. Ein derartiges differenziertes Ansteuern der Elektrodenpaare ist insbesondere zur Abführung des anfallenden Gesteinsmaterials sinnvoll, welches vorzugsweise durch ein Spülmedium aus dem Bohrloch abgeführt wird.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass eine Abführeinrichtung zum Abführen des Bohrkerns aus dem Aufnahmeraum des Bohrrohrs angeordnet ist. So kann etwa ein gebrochener Bohrkern durch eine interne Hebeeinrichtung innerhalb des Bohrrohrs aus dem Bohrloch abgeführt werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass der Bohrkern in dem Aufnahmeraum des Bohrrohrs gehalten wird, wobei das Bohrrohr zum Entleeren des Bohrkerns aus dem Bohrloch gezogen und anschließend wieder in das Bohrloch eingesetzt wird.
  • Die einfachste Anordnungsvariante eines Elektrodenpaares besteht darin, dass sich zwei einzelne Elektroden unterschiedlicher Polarität gegenüberliegen, so dass zwischen diesen ein Abtragsstrom erzeugt werden kann. Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, dass die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode eines Elektrodenpaares selbst mehrere Elektrodenelemente umfasst. So kann beispielsweise die erste Elektrode eine Zentralelektrode sein, während die zweite Elektrode mehrere Elektrodenelemente aufweist, welche beispielsweise ringförmig um die Zentralelektrode angeordnet sind. Ein Elektrodenpaar kann sozusagen als eine Elektrodenabtragseinheit angesehen werden, welche eine beliebige Elektroden- oder Elektrodenelementkonfiguration aufweist. Die Elektrodenabtragseinheiten sind vorzugsweise verteilt entlang des unteren Randes eines Bohrrohrs angeordnet.
  • Hinsichtlich des Verfahrens wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass mehrere erste Elektroden und mehrere zweite Elektroden paarweise zueinander und ringförmig entlang eines unteren Randes des Bohrrohrs angeordnet sind, wobei ein ringförmiges Bohrloch mit einem Bohrkern erzeugt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise mit der zuvor beschriebenen Bohrvorrichtung ausgeführt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Bohrkern in einem inneren Aufnahmeraum des Bohrrohrs aufgenommen wird. Der Aufnahmeraum kann mit einer Länge von bis zu mehreren Metern ausgebildet sein.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass der Bohrkern in dem Aufnahmeraum von dem anstehenden Gestein gebrochen und gelöst wird. Das Lösen des Bohrkerns kann allein durch die im Bohrbetrieb auftretenden Kräfte bewirkt werden, wenn der Bohrkern ein bestimmtes Längen-Durchmesser-Verhältnis erreicht hat. Alternativ oder ergänzend kann eine Löse- oder Brecheinrichtung vorgesehen sein, mit welcher statische und/oder dynamische Kräfte vorzugsweise in Querrichtung zur Längsachse des Bohrkerns auf diesen aufgebracht werden. Es kann auch eine Schneideinrichtung am Bohrrohr vorgesehen sein, mit welcher der Bohrkern in einem Fußbereich zumindest teilweise angeschnitten wird. Hierdurch kann eine Sollbruchstelle bei einem Aufbringen von Querkräften an einem oberen Ende des Bohrkerns gebildet werden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass der gebrochene Bohrkern in dem Aufnahmeraum gehalten und/oder aus dem Aufnahmeraum abgeführt wird. Ein Halten kann über entsprechende Klemm- oder Spanneinrichtungen im Inneren des Bohrrohrs erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Bohrkern über ein Seilzugsystem innerhalb des Bohrrohrs aus dem Bohrloch entfernt werden.
  • Grundsätzlich können die Elektrodenpaare mit jeder geeigneten Spannung betrieben werden. Besonders bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode jedes Elektrodenpaares ein elektrischer Hochspannungsimpuls erzeugt wird, durch den Gesteinsmaterial gelöst wird. Zum Bilden des Hochspannungsimpulses kann eine Spannung von 10 kV und mehr vorgesehen sein.
  • Für ein gezieltes Ansteuern der einzelnen Elektrodenpaare für einen starken Gesteinsabtrag ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die einzelnen Elektrodenpaare gezielt aktiviert und mit Energie versorgt werden. Hierfür ist eine entsprechende Steuereinrichtung zum Erzeugen und Leiten des Spannungsimpulses vorgesehen.

Claims (15)

  1. Bohrvorrichtung zum Bohren von Gestein, insbesondere Hartgestein, mit einem Bohrrohr und mindestens einer ersten Elektrode und mindestens einer zweiten Elektrode, zwischen denen eine elektrische Spannung erzeugbar ist,
    wobei durch Spannungsentladung zwischen den Elektroden Gesteinsmaterial abtragbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere erste Elektroden und mehrere zweite Elektroden paarweise zueinander angeordnet sind und
    dass die mehreren Elektrodenpaare von erster Elektrode und zweiter Elektrode ringförmig entlang eines unteren Randes des Bohrrohres angeordnet sind.
  2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bohrrohr einen inneren Aufnahmeraum für einen Bohrkern aufweist.
  3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2,
    dass mindestens eine Auffangeinrichtung zum Halten des Bohrkerns in dem Aufnahmeraum des Bohrrohrs vorgesehen ist.
  4. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Brecheinrichtung zum Brechen des Bohrkerns von anstehendem Gestein vorgesehen ist.
  5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Drehantrieb zum drehenden Antreiben des Bohrrohrs vorgesehen ist.
  6. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens eine elektrische Generatoreinrichtung vorgesehen ist, welche zum Erzeugen eines elektrischen Hochspannungsimpulses zwischen den Elektroden eines Elektrodenpaares ausgebildet ist.
  7. Bohrvorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche zur gezielten Aktivierung und Energieversorgung der einzelnen Elektrodenpaare ausgebildet ist.
  8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Abführeinrichtung zum Abführen des Bohrkerns aus dem Aufnahmeraum des Bohrrohrs angeordnet ist.
  9. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode eines Elektrodenpaares selbst mehrere Elektrodenelemente umfasst.
  10. Verfahren zum Bohren von Gestein, insbesondere Hartgestein, insbesondere mittels einer Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Bohrrohr, welches mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode aufweist, zwischen denen eine elektrische Spannung aufgebaut wird, wobei durch Spannungsentladung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode Gesteinsmaterial zum Erzeugen der Bohrung abgetragen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere erste Elektroden und mehrere zweite Elektroden paarweise zueinander und ringförmig entlang eines unteren Randes des Bohrrohrs angeordnet sind, wobei ein ringförmiges Bohrloch mit einem Bohrkern erzeugt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bohrkern in einem inneren Aufnahmeraum des Bohrrohrs aufgenommen wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bohrkern in dem Aufnahmeraum von dem anstehenden Gestein gebrochen und gelöst wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der gebrochene Bohrkern in dem Aufnahmeraum gehalten und/oder aus dem Aufnahmeraum abgeführt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode jedes Elektrodenpaares ein elektrischer Hochspannungsimpuls erzeugt wird, durch den Gesteinsmaterial gelöst wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die einzelnen Elektrodenpaare gezielt aktiviert und mit Energie versorgt werden.
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