EP3563036A1 - Drilling device - Google Patents

Drilling device

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Publication number
EP3563036A1
EP3563036A1 EP17829595.2A EP17829595A EP3563036A1 EP 3563036 A1 EP3563036 A1 EP 3563036A1 EP 17829595 A EP17829595 A EP 17829595A EP 3563036 A1 EP3563036 A1 EP 3563036A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drilling device
fluid
drill head
abrasive
mixing chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17829595.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Simon HAHN
Viktor HARTUNG
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Hochschule Bochum
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hochschule Bochum filed Critical Hochschule Bochum
Publication of EP3563036A1 publication Critical patent/EP3563036A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/18—Drilling by liquid or gas jets, with or without entrained pellets
    • 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
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/60—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
    • 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
    • E21B23/00—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells
    • E21B23/001—Self-propelling systems or apparatus, e.g. for moving tools within the horizontal portion of a borehole
    • 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
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/60—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
    • E21B10/61—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids characterised by the nozzle structure

Definitions

  • the invention relates to a drilling device for hard rock by means of a fluid, comprising at least one drill head with antechamber and mixing chamber, at least one forward nozzle and at least one rearward nozzle.
  • Rinse Fluid Abrasives can be added to increase the rate of drilling progress. This can also be done in the radial jet drilling (RJD) drilling process to improve the process. With the current use of pure water as the cutting and rinsing fluid alone, extremely hard rock layers can not or only with difficulty be drilled through. The addition of abrasives into the rinsing fluid, however, can penetrate harder rocks or rock layers. However, this can be
  • US Pat. No. 6,932,285 B1 discloses the principle of supplying abrasives to a mixing chamber which is acted upon with water, the supply line of the
  • No. 6,932,285 B1 shows a device as a water jet drilling device, in which water is mixed with abrasives in a mixing chamber and can exit from an outlet nozzle.
  • the US 6,263,984 A1 describes the use of a device as a water jet drilling device, are arranged in the backward nozzles from which water can escape with abrasives. Water with abrasives also hits a rotating body, this puts in rotation, the water with the
  • a drilling head for a water jet drilling device which has backward jetting nozzles, a mixing chamber and a
  • the particles have a very high pulse, which in addition to the attacking fluid forces must be overcome by the magnetic field to force it to another "fluid path.”
  • the magnetic fields must the small particles in extremely small openings
  • the pierced rock layer can affect the acting magnetic field as unfavorably as ambient temperatures of up to 200 ° C as they exist in geothermal reservoirs Technique is that when promoting a mixture of abrasives and flushing fluid to the drill head, it increases
  • the drill head can be damaged by the escape of abrasives on the optional side nozzles and the leads that are not based on plastics, all or part of the drilling device.
  • the object of the invention is to provide a fluid-based drilling device for hard rocks and / or rock layers, which on the one hand provides protection of the
  • Drilling head and the Bohrzu Appendix of greater damage and increased wear guaranteed and / or fluid-based holes using a
  • the RJD drilling method can produce thin, long holes underground from a main bore.
  • Abrasive materials can be passed over an abrasive-containing feed line in a mixing chamber in the drill head, wherein a mixing of
  • Abrasives and an abrasive-free fluid in the mixing chamber escapes the offset with the abrasive fluid from a forward nozzle and allows a drilling operation, at least one
  • the drilling rig and drilling method can be seen as an environmentally friendly alternative to "fraying.”
  • RJD drilling makes it possible to drill long holes in the hard rock instead of hydraulic cracking
  • the drilling device and the method is also suitable as an independent
  • Drilling method for coiled tubing applications as well as for bringing small single holes into the formation from an existing hole, also using CT drilling.
  • abrasives By adding abrasives into the fluid in the mixing chamber to the at least one forward nozzle extremely hard rocks and / or rock strata can be pierced or cut and deposits behind it can be developed.
  • abrasives disperse solids such as metal salts such as iron oxides, silicates such as silica or other ionic, amorphous or metallic solids are used according to the invention, which can be externally supplied to the drilling device via a supply line.
  • the supply of the abrasives in the drill head according to the invention takes place via an abrasive-containing feed line into a mixing chamber. In this mixing chamber, the abrasives are mixed with an abrasive-free fluid.
  • Abrasive material passes through an abrasive-free supply line into the drill head in the antechamber and is fed via leads and / or focusing nozzles in the mixing chamber and added only in a mixing chamber with abrasives.
  • the abrasives are generated only in the drilling device by
  • metal strips or other strand-like solids are passed over the abrasive material-containing feed line into the drill head and there in abrasives be crushed there or the disperse abrasives are generated in situ, for example by rotating removal of the metal strip or the
  • the pre-mixing chamber and the invention are spatially separated from each other.
  • one or more rear-facing nozzles are arranged, by means of which the fluid can be introduced without abrasives into the borehole and / or used as a propulsion medium and / or lubricant for the drill.
  • the number of backward nozzles depends on the particular structure of the drill head and the purpose of the drilling device.
  • flushing outlets can also be arranged in the region of the drill head in order to flush removed drill rock out of the borehole and one
  • the spatial separation of the pre-mixing chamber and in an advantageous embodiment also provide that the mixing chamber is arranged at the drill head tip and open in the direction of the rock or sediment or material to be removed, i. that the drill head is designed with the open mixing chamber. Accordingly, the pre-mixing chamber does not necessarily have to be configured as a closed unit within the drill head, and the tip of the drill head can be directly, i. with direct contact with the
  • Drilling environment have an opening as an open mixing chamber, wherein the abrasive-free fluid acted forward nozzles the
  • the abrasive-free fluid can be directed into the drill head via one or more focussing nozzles and from at least one
  • the forward nozzle in the open mixing chamber.
  • the forward nozzle can also be configured as a focusing nozzle.
  • Abrasive-containing fluid is the via an internal or external supply line
  • the abrasive fluid containing the abrasive material-containing fluid can subsequently escape from the open mixing chamber in the direction of the ablated rock, sediment or material from the opening of the open mixing chamber.
  • the outer lateral boundaries of the tip of the drill head extend in
  • Direction of the opening of the open mixing chamber conical, with conical shape means that the lateral boundaries of the open mixing chamber at an angle in a range of 10 ° to 45 ° relative to the longitudinal center axis of
  • Drill have.
  • the conical course of the side surfaces of the open mixing chamber thus allows focusing of the abrasivstoff ambiencen fluid on the ablated rock, sediment or material and thus ensures better propulsion of the drilling device during the drilling process.
  • abrasive fluid containing fluid from the well to lead through an external supply line into the open mixing chamber, such an external supply cumulatively or alternatively to an existing external supply line for abrasive fluid containing be present on the drilling device can.
  • the fluid for example, a liquid, especially water, mixed with abrasives to serve as an additive, carried out with the help of the forward nozzles on the drill head a material removal of the substrate and a hole can be made.
  • the choice of fluid depends on the particular application and the type of drill bit. According to the invention, it is therefore intended to divide a fluid flow for the backward nozzles and flushing outlets without abrasives and a fluid stream with abrasives for the forward nozzles.
  • the fluid includes for the
  • composition as for the forward nozzles with the restriction that the fluid for the forward nozzles in the mixing chamber is additionally mixed with abrasives.
  • the abrasives are supplied with a fluid of the mixing chamber, in which the abrasives are at least dispersively distributed. It can then take place in the mixing chamber or open mixing chamber to a thorough mixing of the abrasive-fluid with the abrasive material-containing fluid, wherein the composition of the fluids may differ with and without abrasives.
  • the supply of abrasives can be made possible by external or internal leads into the drill head.
  • the leads extend coaxially to the drill head, which has the advantage that the fluid entry of the rinsing liquid and / or the abrasives is uniform and the propulsion is not hindered by the coaxial arrangement of the leads.
  • the leads both inside and / or coaxially in the
  • the drilling device according to the invention can have a plurality of backward-pointing and several forward-directed nozzles, as well as a plurality of flushing outlets.
  • Drilling is thus an alternative to conventional drilling methods, and unlike hydraulic stimulation, it can be predicted how long the borehole will be and how much the bore-to-reservoir contact area will be. In addition, the introduction of a bore takes only a few minutes. By refraining from breaking up the
  • an effective removal of material can be ensured by the fact that in the region of the prechamber at the drill head also backward nozzles and / or scavenging outlets are arranged in order to drill further or deeper at the same power can.
  • the drill head on a rotating inner part, which is mounted on an axis on the housing of the drill head. That with the
  • Abrasive fluid displaced fluid can exit from the area of the rotating inner part via at least one forward rotating nozzle and / or opening.
  • the forward nozzles have an orientation or inclination of less than 90 ° with respect to the bit, the relative inclination angle being dependent on the nature of the bit
  • Underground can vary.
  • Advantage of the rotating inner part is that a uniform material removal is given to the borehole wall.
  • the orientation of the forward nozzles is static. Thus, only selectively removed material.
  • the rotation of the entire surface of the borehole wall is processed evenly.
  • the drill head comprises in the case of the special embodiment with rotating
  • Inner part at least one focusing nozzle on the rotating inner part and at least one hole on the static region (stator) of the drill head for regulating the water supply.
  • the drilling device according to the invention comprises in the case of the particular embodiment with a rotating inner part at least one
  • Mixing chamber or open mixing chamber at least one prechamber, at least one rearward nozzle and / or flushing outlet, at least one
  • Transition pipe for the abrasives and at least one forward nozzle and / or opening is transition pipe for the abrasives and at least one forward nozzle and / or opening.
  • the rotating inner part has three and the stator four holes for regulating the rotating inner part
  • a pulsation of the fluid flow can take place, wherein the frequency of the pulsation by different
  • Rotation speeds of the inner part is made possible.
  • the abrasive is forced into the forward nozzle so that when the holes overlap and the focusing nozzle, the fluid pushes the abrasive particles out of the forward nozzles and jerks one another generates pulse-like fluid flow.
  • Fluid flow must occur in or just before the drill bit.
  • a generation in the pump has the consequence that the pulsating movement by the dynamic properties of a long hydraulic line (fluid inertia and
  • Line compressibility is damped and, if necessary, completely compensated to the drill head.
  • the backward nozzles and / or Spülauslandais be applied during the rotation of the inner part in the absence of overlap of the bores of the stator and the rotating inner part with abrasive fluid, wherein the fluid on the one hand as a lubricant within the borehole and on the other
  • the backward nozzles are according to the invention obliquely to the longitudinal center axis of the drill head, so that by the oblique arrangement of the backward nozzles and / or
  • Rinsing outputs a propulsion of the drill head and a removal of removed stone or ground from the borehole is facilitated.
  • the fluid such as water or mixtures of water with
  • Hydrocarbons as a lubricant between the rotating inner part, the prechamber and the drill head housing.
  • the rotation of the inner part can be achieved in that the rotating inner part forms an acute angle in the range of 1 ° to 1 1 ° relative to the housing of the drill head.
  • the drill head is subjected to fluid, whereby a rotation of the inner part is induced.
  • annular gap between the housing of the drill head and the rotating inner part, which can vary in size and width depending on the intended use of the drilling device.
  • a lubrication gap between the rotating inner portion and the static portion of the drill head into which abrasive-free fluid may enter and facilitate sliding of the rotating inner portion along the surface of the static portion of the drill bit.
  • the subject invention on the drill head on an external supply line for abrasive-containing fluid, wherein the abrasive material-containing fluid can be removed from the wellbore.
  • the external supply line for abrasive-containing fluid wherein the abrasive material-containing fluid can be removed from the wellbore.
  • Abrasives from the borehole can parallel or simultaneously to an internal Supply line abrasive fluid containing be present in the subject invention. About a supply of abrasive fluid containing the get out of the hole
  • the SMC drilling device finds particular use in the development of geothermal reservoirs, oil / gas deposits,
  • FIG. 1 shows a simplified principle of the hard rock drilling apparatus 1 according to the invention in a vertical cross section of the drill head 2
  • Drill head 2 extends a supply line 6a for the supply of abrasive-free fluids in the antechamber 8 and a supply line 6b for the supply of abrasive 5 (not shown) in a mixing chamber 3.
  • Prechamber 8 and mixing chamber 3 are in
  • the abrasive-free fluid exits via a rearward nozzle 7 from the drill head 2 in a borehole.
  • the rearwardly directed nozzle 7 is arranged obliquely to the longitudinal central axis of the drill head 2 and allows the use of the abrasive-free fluid as a propulsion medium and / or lubricant for the drilling apparatus 1.
  • the abrasive-containing fluid with the abrasive-free fluid enters the mixing chamber 3 as a cutting jet, which can escape from the forwardly directed nozzle 4 from the drill head 2 continuously.
  • FIG. 2 shows a drilling device 1 according to the invention with a rotating inner part 9 shown in a vertical cross section.
  • the drill head 2 includes the housing of the drill head 2, which comprises a static portion of the housing as a stator 1 1 and a rotating inner part 9. It can be seen the abrasive-free supply line 6a through which a fluid in the pre-chamber 8 of the drill head 2 can enter.
  • Outgoing chamber 8 is a backward nozzle 7 obliquely to
  • the rotating inner part 9 has a focusing nozzle 14, which in the direction of the
  • Prechamber 8 and holes 13 of the static region of the drill head 2 point. This constructive arrangement of the holes 13, transition line 12 and
  • Focusing nozzle 14 is shown in sections A-A and B-B.
  • the inner part 9 is spaced from the housing of the drill head 2 via an annular gap 10.
  • a respective part of the bores 13 of the pre-chamber 8 overlaps with the focusing nozzle 14 of the rotating inner part.
  • the rotation of the inner part 9 is generated by the continuous application of abrasive-free fluid at least one existing
  • Focusing nozzle 14 which is not congruent with the bore 13 of the static part of the drill head 2 with the abrasive-free fluid, wherein the position of the
  • Focusing nozzle 14 forms an acute angle relative to the drill head 2 of the inner part 9
  • FIG. 3 shows a structural design of the drilling device 1 with an analogous structure to FIG. 2.
  • Abrasive-free fluid is conducted via an abrasive-free feed line 6a to the pre-chamber 8, which is partially located in the rotating inner part 9.
  • the backward nozzles 7 are arranged in the rotating inner part 9 on the pre-chamber 8.
  • the rotating inner part 9 consists of two parts pressed into one another, wherein a supply of the abrasives 5 (not shown) into the mixing chamber 3, which is arranged in the rotating inner part 9, is made possible via an abrasive-containing feed line 6b.
  • Execution is the branch of the abrasive-free fluid on the supply line 6a.
  • the Lubrication gaps 15, at which a rotational movement of the rotating inner part 9 to the housing of the drill head 2 occurs relative to each other, is applied with abrasive-free fluid. Since the pressure of the abrasive-free fluid against the
  • Abrasive-containing fluid is substantially higher, the lubricating gaps 15 is flowed through by the abrasive-free fluid and prevents penetration of the abrasive 5 (not shown) in the lubricating gaps 15th
  • annular gap 10 is constructed so that the projected area of the annular gap 10 is greater than the hydraulically effective area that would cause the rotating inner part 9 to be forced out of the drill head 2.
  • the supply of abrasive-free fluid to this annular surface of the annular gap 10 is effected by a conduit 17 in which a
  • FIG. 4 shows a variation of FIG. 2 with the abrasive material feed line 6b in the middle of the drilling device 1 through the prechamber 8.
  • the bores 13 for generating the pulsation are arranged around this feed line 6b by an overlap as described in FIG.
  • the bores 13 for generating the pulsation are arranged around this feed line 6b by an overlap as described in FIG.
  • Backward nozzles 7 are arranged in the static part of the drill head 2.
  • the central supply allows the supply of a strand-shaped abrasive, which is comminuted by the rotation of the rotating inner part 9 in the mixing chamber 3.
  • the mixing chamber 3 is designed as an open mixing chamber 19, that is, it is located at the top of the drill head 2 and is open in the direction of to be acted upon by the abrasive fluid containing rock, sediment or material or has an opening 20.
  • Drill 1 has a rotating inner part 9.
  • the rotating inner part 9 has a focusing nozzle 14 which points in the direction of the rotating inner part 9 and / or the open mixing chamber 19.
  • the drill head 2 includes the
  • a abrasive-free fluid is introduced into the prechamber 8 of the drill head 2. From the antechamber 8 outgoing a backward nozzle 7 is oblique to
  • abrasive-free fluid Longitudinal axis arranged by means of which abrasive-free fluid can escape into the wellbore.
  • the abrasive-free fluid is passed via the forward nozzle, which is designed here as a focusing nozzle 14, into the open mixing chamber 19.
  • the active substance-containing fluid in the open mixing chamber 19 is mixed with the abrasive-free fluid, wherein the abrasive-containing fluid added with the abrasive-free fluid can subsequently exit the open 20 from the open mixing chamber 19 in the direction of the rock, sediment or material to be removed ,
  • the outer lateral boundaries of the tip of the drill head 2 extend in the direction of the opening 20 of the open
  • Figure 6 shows an additional embodiment possibility of the subject invention in a vertical sectional drawing.
  • abrasive-containing fluid passes from an abrasive-containing supply line 6b arranged externally to the drill head 2 into the open mixing chamber 19, the abrasive-containing fluid being mixed with abrasives 5 from the borehole (not shown).
  • a baffle 18 is arranged on the outside of the drill head 2, which the abrasives 5 in the direction of Lead 6b conducts and ensures that the abrasives 5 out the borehole are continuously and / or constantly mixed with the abrasive-free fluid before they emerge from the opening 20.

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Abstract

The invention relates to a drilling device (1) for hard rock using a fluid, having at least one drill head (2) with a pre-chamber (8) and a mixing chamber (3) where at least one front-facing nozzle (4) and at least one rear-facing nozzle (7) are provided. The fluid is mixed with abrasives in the mixing chamber, and the fluid together with the abrasives exits from the front-facing nozzle or an opening. The fluid flow is separated in the region of the pre-chamber, abrasive-free fluid exits the rear-facing nozzles, abrasives and the abrasive-free fluid are mixed in the mixing chamber, and the fluid mixed with the abrasives exits from the front-pacing nozzle or an opening.

Description

Bohrvorrichtung  drilling
Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung für Hartgestein mittels eines Fluids, aufweisend mindestens einen Bohrkopf mit Vorkammer und Mischkammer, mindestens eine vorwärtsgerichtete Düse und mindestens eine rückwärtsgerichtete Düse. The invention relates to a drilling device for hard rock by means of a fluid, comprising at least one drill head with antechamber and mixing chamber, at least one forward nozzle and at least one rearward nozzle.
Generell ist es bekannt, dass für wasserstrahlbasierte Bohrverfahren einer Generally it is known that for water jet based drilling a
Spülflüssigkeit Abrasivstoffe beigemischt werden können, um die Bohrfortschrittsrate zu erhöhen. Dies kann auch beim Radial-Jet-Drilling-Bohrverfahren (RJD- Bohrverfahren) erfolgen, um das Verfahren zu verbessern. Bei der derzeitigen Verwendung von reinem Wasser als Schneid- und Spülflüssigkeit allein können extrem harte Gesteinsschichten nicht oder nur schwer durchbohrt werden. Durch die Zugabe von Abrasivstoffen in die Spülflüssigkeit können jedoch härtere Gesteine oder Gesteinsschichten durchdrungen werden. Allerdings kann diese Rinse Fluid Abrasives can be added to increase the rate of drilling progress. This can also be done in the radial jet drilling (RJD) drilling process to improve the process. With the current use of pure water as the cutting and rinsing fluid alone, extremely hard rock layers can not or only with difficulty be drilled through. The addition of abrasives into the rinsing fluid, however, can penetrate harder rocks or rock layers. However, this can be
Verfahrensweise im Bohrkopf zu einer Schädigung der inneren Geometrie des Bohrkopfes und der Wasserzuleitung zum Bohrkopf führen und die Procedure in the drill head to damage the inner geometry of the drill head and the water supply lead to the drill head and the
Vortriebsgeschwindigkeit verlangsamen. So ist in der US 6,932,285 B1 das Prinzip der Zuleitung von Abrasivstoffen zu einer mit Wasser beaufschlagten Mischkammer offenbart, wobei die Zuleitung der Slow the propulsion speed. For example, US Pat. No. 6,932,285 B1 discloses the principle of supplying abrasives to a mixing chamber which is acted upon with water, the supply line of the
Abrasivstoffe radial über eine seitliche Zuleitung erfolgt. Ferner ist in der US Abrasives done radially via a lateral supply line. Further, in the US
6,932,285 B1 eine Vorrichtung als water jet drilling device dargestellt, bei der in einer Mischkammer Wasser mit Abrasivstoffen versetzt wird und aus einer Austrittsdüse austreten kann. No. 6,932,285 B1 shows a device as a water jet drilling device, in which water is mixed with abrasives in a mixing chamber and can exit from an outlet nozzle.
Die US 6,263,984 A1 beschreibt die Verwendung einer Vorrichtung als water jet drilling device, in der rückwärtsgerichtete Düsen angeordnet sind, aus denen Wasser mit Abrasivstoffen austreten kann. Wasser mit Abrasivstoffen trifft zudem auf einen Rotationskörper, versetzt diesen in Rotation, wobei das Wasser mit den The US 6,263,984 A1 describes the use of a device as a water jet drilling device, are arranged in the backward nozzles from which water can escape with abrasives. Water with abrasives also hits a rotating body, this puts in rotation, the water with the
Abrasivstoffen nachfolgend aus den Austrittsdüsen entweichen kann. In der CN 104033106 A ist ein Bohrkopf für ein water jet drilling device dargestellt, der über rückwärtsgerichtete Spuldüsen, eine Mischkammer und einen Abrasives subsequently escape from the outlet nozzles. In CN 104033106 A, a drilling head for a water jet drilling device is shown, which has backward jetting nozzles, a mixing chamber and a
Rotationskörper aufweist, wobei über rotierende Austrittsdüsen ein Fluid aus dem Bohrkopf entweichen kann. Ferner ist eine externe Zuführung von Abrasivstoffen nahe des Bohrkopfs durch magnetisch induzierte Kraftfelder bekannt. Durch die lokal sehr hohen Having rotational body, wherein over rotating outlet nozzles, a fluid can escape from the drill head. Furthermore, an external supply of abrasives near the drill head by magnetically induced force fields is known. By the locally very high
Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids und der Partikel, besitzen die Partikel einen sehr hohen Impuls, welcher zusätzlich zu den angreifenden Fluidkräften durch das Magnetfeld überwunden werden müssen, um es auf eine andere„Fluidbahn zu zwingen". Zudem müssen die Magnetfelder die kleinen Partikel in extrem kleine Öffnungen im Bohrkopf lenken, was in der Praxis nicht ohne erheblichen Aufwand sicher garantiert werden kann. Zudem kann die durchbohrte Gesteinsschicht das wirkende Magnetfeld ebenso ungünstig beeinflussen wie Umgebungstemperaturen von bis zu 200 °C wie sie in Geothermie-Reservoiren vorliegen. Problematisch an dem bekannten Stand der Technik ist, dass es bei Förderung einer Mischung aus Abrasivstoffen und Spülflüssigkeit zum Bohrkopf, zu erhöhtem Flow velocities of the fluid and the particles, the particles have a very high pulse, which in addition to the attacking fluid forces must be overcome by the magnetic field to force it to another "fluid path." In addition, the magnetic fields must the small particles in extremely small openings In addition, the pierced rock layer can affect the acting magnetic field as unfavorably as ambient temperatures of up to 200 ° C as they exist in geothermal reservoirs Technique is that when promoting a mixture of abrasives and flushing fluid to the drill head, it increases
Verschleiß in der Zuleitung und des Bohrkopfs kommen kann. So kann der Bohrkopf durch den Austritt von Abrasivstoffen an den gegebenenfalls vorhandenen seitlichen Düsen und bei den Zuleitungen, die nicht auf Kunststoffen basieren, der gesamte oder ein Teil der Bohrvorrichtung beschädigt werden. Wear in the supply line and the drill head can come. Thus, the drill head can be damaged by the escape of abrasives on the optional side nozzles and the leads that are not based on plastics, all or part of the drilling device.
Aufgabe der Erfindung ist es eine fluidbasierte Bohrvorrichtung für harte Gesteine und/oder Gesteinsschichten bereitzustellen, die einerseits einen Schutz des The object of the invention is to provide a fluid-based drilling device for hard rocks and / or rock layers, which on the one hand provides protection of the
Bohrkopfes und der Bohrzuleitungen vor größerer Beschädigung und erhöhtem Verschleiß gewährleistet und/oder fluidbasierte Bohrungen mit Hilfe eines Drilling head and the Bohrzuleitungen of greater damage and increased wear guaranteed and / or fluid-based holes using a
rotierenden, pulsierenden Fluidstrahls ermöglicht. rotating, pulsating fluid jet allows.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen The object is achieved by the features of the independent
Anspruchs 1 gelöst. Claim 1 solved.
Die Erschließung von Geothermie-Reservoiren und Erdöl-/Erdgaslagerstätten, die in extrem harten Gesteinsschichten liegen, kann ohne den Einsatz hydraulischer oder chemischer Stimulation oftmals nicht erfolgen. Alternativ können durch das RJD- Bohrverfahren dünne, lange Bohrungen unter Tage aus einer Hauptbohrung heraus erzeugt werden. Um mit diesem Verfahren Bohrungen im Hartgestein zu ermöglichen, können Abrasivstoffe über eine abrasivstoffhaltige Zuleitung in eine Mischkammer im Bohrkopf geleitet werden, wobei eine Vermischung von The development of geothermal reservoirs and oil / gas deposits located in extremely hard rock strata can often not be accomplished without the use of hydraulic or chemical stimulation. Alternatively, the RJD drilling method can produce thin, long holes underground from a main bore. To drill holes in the hard rock with this method Abrasive materials can be passed over an abrasive-containing feed line in a mixing chamber in the drill head, wherein a mixing of
Abrasivstoffen und einem abrasivstofffreien Fluid in der Mischkammer erfolgt und das mit den Abrasivstoffen versetzte Fluid aus einer vorwärtsgerichteten Düse entweicht und einen Bohrvorgang ermöglicht, wobei mindestens eine Abrasives and an abrasive-free fluid in the mixing chamber and escapes the offset with the abrasive fluid from a forward nozzle and allows a drilling operation, at least one
rückwärtsgerichtete Düse im Bereich des Bohrkopfs angeordnet ist, aus welcher Fluid ohne Abrasivstoffe austritt, um einen kontinuierlichen, gleitförmigen is arranged backward nozzle in the region of the drill head, from which fluid escapes without abrasives to a continuous, slippery
Bohrvortrieb zu gewährleisten. To ensure drilling drift.
Die Bohrvorrichtung und das Bohrverfahren können als umweltfreundliche Alternative zum„Fracken" gesehen werden. Mittels RJD-Drilling ist es möglich, anstelle durch hydraulische Risserzeugung lange Dünne Bohrungen in das Hartgestein The drilling rig and drilling method can be seen as an environmentally friendly alternative to "fraying." RJD drilling makes it possible to drill long holes in the hard rock instead of hydraulic cracking
einzubringen, was die Erschließung von Lagerstätten ebenso möglich macht. Die Bohrvorrichtung und das Verfahren eignet sich zudem als eigenständiges which makes the development of deposits equally possible. The drilling device and the method is also suitable as an independent
Bohrverfahren für coiled tubing-Anwendungen (CT-Drilling) sowie um von einer bestehenden Bohrung, kleine Einzelbohrungen in die Formation einzubringen, auch unter Verwendung von CT-Drilling. Drilling method for coiled tubing applications (CT drilling) as well as for bringing small single holes into the formation from an existing hole, also using CT drilling.
Durch die Zugabe von Abrasivstoffen in das Fluid in der Mischkammer zu der mindestens einen vorwärtsgerichteten Düse können extrem harte Gesteine und/oder Gesteinsschichten durchbohrt bzw. zerschnitten und dahinterliegende Lagerstätten erschlossen werden. Als Abrasivstoffe werden erfindungsgemäß disperse Festkörper wie Metallsalze beispielsweise Eisenoxide, Silikate wie beispielsweise Siliziumoxid oder andere ionische, amorphe oder metallische Festkörper eingesetzt, die extern der Bohrvorrichtung über eine Zuleitung zugeführt werden können. Die Zuführung der Abrasivstoffe in den erfindungsgemäßen Bohrkopf erfolgt dabei über eine abrasivstoffhaltige Zuleitung in eine Mischkammer. In dieser Mischkammer werden die Abrasivstoffe mit einem abrasivstofffreien Fluid versetzt. Das Fluid ohne By adding abrasives into the fluid in the mixing chamber to the at least one forward nozzle extremely hard rocks and / or rock strata can be pierced or cut and deposits behind it can be developed. As abrasives disperse solids such as metal salts such as iron oxides, silicates such as silica or other ionic, amorphous or metallic solids are used according to the invention, which can be externally supplied to the drilling device via a supply line. The supply of the abrasives in the drill head according to the invention takes place via an abrasive-containing feed line into a mixing chamber. In this mixing chamber, the abrasives are mixed with an abrasive-free fluid. The fluid without
Abrasivstoffe gelangt über eine abrasivstofffreie Zuleitung in den Bohrkopf in die Vorkammer und wird über Zuleitungen und/oder Fokussierdüsen in die Mischkammer geleitet und erst in einer Mischkammer mit Abrasivstoffen versetzt. In einer besonderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands ist auch vorgesehen, dass die Abrasivstoffe erst in der Bohrvorrichtung erzeugt werden, indem Abrasive material passes through an abrasive-free supply line into the drill head in the antechamber and is fed via leads and / or focusing nozzles in the mixing chamber and added only in a mixing chamber with abrasives. In a particular embodiment of the subject invention is also provided that the abrasives are generated only in the drilling device by
beispielsweise Metallstreifen oder andere strangförmige Festkörper über die abrasivstoffhaltige Zuleitung in den Bohrkopf geführt werden und dort in Abrasivstoffe zerkleinert werden bzw. dort die dispersen Abrasivstoffe in situ erzeugt werden, beispielsweise durch rotierende Abtragung der Metallstreifen oder der For example, metal strips or other strand-like solids are passed over the abrasive material-containing feed line into the drill head and there in abrasives be crushed there or the disperse abrasives are generated in situ, for example by rotating removal of the metal strip or the
strangförmigen Festkörper im Bereich des Bohrkopfs. strand-like solid in the area of the drill head.
Die Vor- und Mischkammer sind erfindungsgemäß räumlich voneinander getrennt. Im Bereich des Bohrkopfs sind eine oder mehrere rückwärtsgerichtete Düsen angeordnet, mittels derer das Fluid ohne Abrasivstoffe in das Bohrloch eingetragen und/oder als Vortriebsmittel und/oder Gleitmittel für den Bohrer eingesetzt werden kann. Die Anzahl der rückwärtsgerichteten Düsen richtet sich dabei nach dem jeweiligen Aufbau des Bohrkopfs und dem Einsatzzweck der Bohrvorrichtung. Zudem können im Bereich des Bohrkopfs auch Spülausgänge angeordnet sein, um abgetragenes Bohrgestein aus dem Bohrloch hinaus zu spülen und einen The pre-mixing chamber and the invention are spatially separated from each other. In the region of the drill head, one or more rear-facing nozzles are arranged, by means of which the fluid can be introduced without abrasives into the borehole and / or used as a propulsion medium and / or lubricant for the drill. The number of backward nozzles depends on the particular structure of the drill head and the purpose of the drilling device. In addition, flushing outlets can also be arranged in the region of the drill head in order to flush removed drill rock out of the borehole and one
gleichmäßigen Vortrieb der Bohrvorrichtung zu gewährleisten. ensure uniform propulsion of the drilling device.
Die räumliche Trennung der Vor- und Mischkammer kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung auch vorsehen, dass die Mischkammer an der Bohrkopfspitze angeordnet und in Richtung des abzutragenden Gesteins oder Sediments oder Materials geöffnet ist, d.h. dass der Bohrkopf mit der offenen Mischkammer ausgestaltet ist. Die Vor- und Mischkammer müssen demnach nicht zwingend als abgeschlossene Einheiten innerhalb des Bohrkopfs ausgestaltet sein und die Spitze des Bohrkopfs kann unmittelbar d.h. mit direkter Berührung gegenüber der The spatial separation of the pre-mixing chamber and in an advantageous embodiment also provide that the mixing chamber is arranged at the drill head tip and open in the direction of the rock or sediment or material to be removed, i. that the drill head is designed with the open mixing chamber. Accordingly, the pre-mixing chamber does not necessarily have to be configured as a closed unit within the drill head, and the tip of the drill head can be directly, i. with direct contact with the
Bohrumgebung eine Öffnung als offene Mischkammer aufweisen, wobei die mit abrasivstofffreien Fluid beaufschlagten, vorwärtsgerichteten Düsen das Drilling environment have an opening as an open mixing chamber, wherein the abrasive-free fluid acted forward nozzles the
abrasivstoffhaltige Fluid in der offenen Mischkammer durchmischen und in Richtung der Öffnung bewegen. Das abrasivstofffreie Fluid kann über eine oder mehrere Fokussierdüsen in den Bohrkopf geleitet und aus mindestens einer Mix abrasive-containing fluid in the open mixing chamber and move it towards the opening. The abrasive-free fluid can be directed into the drill head via one or more focussing nozzles and from at least one
vorwärtsgerichteten Düse in die offene Mischkammer gelangen. Dabei kann die vorwärts gerichtete Düse auch als Fokussierdüse ausgestaltet sein. Das forward nozzle in the open mixing chamber. In this case, the forward nozzle can also be configured as a focusing nozzle. The
abrasivstoffhaltige Fluid wird über eine interne oder externe Zuleitung dem Abrasive-containing fluid is the via an internal or external supply line
abrasivstofffreien Fluid in der offenen Mischkammer zugeführt, wobei das mit dem abrasivstofffreien Fluid versetzte abrasivstoffhaltige Fluid nachfolgend aus der offenen Mischkammer in Richtung des abzutragenden Gesteins, Sediments oder Materials aus der Öffnung der offenen Mischkammer austreten kann. delivered abrasive-free fluid in the open mixing chamber, wherein the abrasive fluid containing the abrasive material-containing fluid can subsequently escape from the open mixing chamber in the direction of the ablated rock, sediment or material from the opening of the open mixing chamber.
Die äußeren seitlichen Begrenzungen der Spitze des Bohrkopfs verlaufen in The outer lateral boundaries of the tip of the drill head extend in
Richtung der Öffnung der offenen Mischkammer konisch, wobei konischer Verlauf bedeutet, dass die seitlichen Begrenzungen der offenen Mischkammer einen Winkel in einem Bereich von 10° bis 45° gegenüber der Längsmittelachse der Direction of the opening of the open mixing chamber conical, with conical shape means that the lateral boundaries of the open mixing chamber at an angle in a range of 10 ° to 45 ° relative to the longitudinal center axis of
Bohrvorrichtung aufweisen. Der konische Verlauf der Seitenflächen der offenen Mischkammer ermöglicht insofern eine Fokussierung des abrasivstoffhaltigen Fluids auf das abzutragende Gestein, Sediment oder Material und gewährleistet so einen besseren Vortrieb der Bohrvorrichtung während des Bohrvorgangs. Es besteht zusätzlich die Möglichkeit analog zu den voranstehenden Ausführungen, dass abrasivstoffhaltiges Fluid aus dem Bohrloch über eine externe Zuleitung in die offene Mischkammer zu führen, wobei eine solche externe Zuleitung kumulativ oder alternativ zu einer bereits vorhandenen externen Zuleitung für abrasivstoffhaltiges Fluid an der Bohrvorrichtung vorhanden sein kann. Drill have. The conical course of the side surfaces of the open mixing chamber thus allows focusing of the abrasivstoffhaltigen fluid on the ablated rock, sediment or material and thus ensures better propulsion of the drilling device during the drilling process. In addition, it is possible analogous to the above statements that abrasive fluid containing fluid from the well to lead through an external supply line into the open mixing chamber, such an external supply cumulatively or alternatively to an existing external supply line for abrasive fluid containing be present on the drilling device can.
In der Mischkammer bzw. offenen Mischkammer wird das Fluid, beispielsweise eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, mit Abrasivstoffen versetzt, um als Zusatz zu dienen, mit dessen Hilfe über die vorwärtsgerichteten Düsen am Bohrkopf ein Materialabtrag des Untergrunds erfolgen und eine Bohrung vorgenommen werden kann. Das verwendete Fluid weist dabei in der Regel eine Viskosität von η = 1 bis 20 Pa s bei 20 °C auf, kann aber auch Mischungen oder Dispersionen von Wasser mit anderen Verbindungen wie beispielsweise Ethylenglycol enthalten. Die Wahl des Fluids richtet sich nach dem jeweiligen Einsatzzweck und der Art des Bohrgesteins. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen einen Fluidstrom für die rückwärtsgerichteten Düsen und Spülabgänge ohne Abrasivstoffe und einen Fluidstrom mit Abrasivstoffen für die vorwärtsgerichteten Düsen aufzuteilen. Das Fluid umfasst für die In the mixing chamber or open mixing chamber, the fluid, for example, a liquid, especially water, mixed with abrasives to serve as an additive, carried out with the help of the forward nozzles on the drill head a material removal of the substrate and a hole can be made. The fluid used usually has a viscosity of η = 1 to 20 Pa s at 20 ° C, but may also contain mixtures or dispersions of water with other compounds such as ethylene glycol. The choice of fluid depends on the particular application and the type of drill bit. According to the invention, it is therefore intended to divide a fluid flow for the backward nozzles and flushing outlets without abrasives and a fluid stream with abrasives for the forward nozzles. The fluid includes for the
rückwärtsgerichteten Düsen und die Spülgausänge in der Regel dieselbe backward nozzles and the Spülgausänge usually the same
Zusammensetzung wie für die vorwärtsgerichteten Düsen mit der Einschränkung, dass das Fluid für die vorwärtsgerichteten Düsen in der Mischkammer zusätzlich mit Abrasivstoffen versetzt wird. Es ist jedoch auch alternativ vorgesehen, dass die Abrasivstoffe mit einem Fluid der Mischkammer zugeführt werden, in welcher die Abrasivstoffe zumindest dispersiv verteilt sind. Es kann dann in der Mischkammer bzw. offenen Mischkammer zu einer Durchmischung des abrasivstoffreien Fluids mit dem abrasasivstoffhaltigen Fluid erfolgen, wobei sich die Zusammensetzung der Fluide mit und ohne Abrasivstoffe unterscheiden kann. Composition as for the forward nozzles with the restriction that the fluid for the forward nozzles in the mixing chamber is additionally mixed with abrasives. However, it is also alternatively provided that the abrasives are supplied with a fluid of the mixing chamber, in which the abrasives are at least dispersively distributed. It can then take place in the mixing chamber or open mixing chamber to a thorough mixing of the abrasive-fluid with the abrasive material-containing fluid, wherein the composition of the fluids may differ with and without abrasives.
Die Zuführung der Abrasivstoffe kann dabei durch externe oder interne Zuleitungen in den Bohrkopf ermöglicht werden. Dazu ist in einer besonderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands vorgesehen, dass die Zuleitungen koaxial zum Bohrkopf verlaufen, was den Vorteil hat, dass der Fluideintrag der Spülflüssigkeit und/oder der Abrasivstoffe gleichmäßig erfolgt und der Vortrieb durch die koaxiale Anordnung der Zuleitungen nicht behindert wird. Es ist in einer besonderen Ausgestaltung auch vorgesehen, dass die Zuleitungen beide innerhalb und/oder koaxial in der The supply of abrasives can be made possible by external or internal leads into the drill head. This is in a particular embodiment of the Subject of the invention provided that the leads extend coaxially to the drill head, which has the advantage that the fluid entry of the rinsing liquid and / or the abrasives is uniform and the propulsion is not hindered by the coaxial arrangement of the leads. It is also provided in a particular embodiment that the leads both inside and / or coaxially in the
Bohrvorrichtung zum Bohrkopf verlaufen. Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung kann mehrere rückwärtsgerichtete und mehrere vorwärtsgerichtete Düsen, sowie mehrere Spülausgänge aufweisen.  Drill to the drill head. The drilling device according to the invention can have a plurality of backward-pointing and several forward-directed nozzles, as well as a plurality of flushing outlets.
Vorteil der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung ist, dass eine Beschädigung des Bohrkopfs durch die Verwendung des abrasivstofffreien Fluids bei den Advantage of the drilling device according to the invention is that damage to the drill head by the use of the abrasive-free fluid in the
rückwärtsgerichteten Düsen und/oder Spülausgängen vermieden wird. Das backward nozzles and / or scavenging outlets is avoided. The
Bohrverfahren stellt somit eine Alternative zu herkömmlichen Bohrmethoden dar und es kann im Gegensatz zur hydraulischen Stimulation vorausbestimmt werden, welche Länge das Bohrloch aufweist und welchen Umfang die Kontaktfläche zwischen Bohrung und Lagerstätte einnimmt. Zudem dauert die Einbringung einer Bohrung nur wenige Minuten. Durch den Verzicht auf ein Aufbrechen des Drilling is thus an alternative to conventional drilling methods, and unlike hydraulic stimulation, it can be predicted how long the borehole will be and how much the bore-to-reservoir contact area will be. In addition, the introduction of a bore takes only a few minutes. By refraining from breaking up the
Untergrunds werden zudem keine Seismizitäten in das Gestein induziert. Dadurch, dass insbesondere Wasser oder andere nicht-toxische Verbindungen als Fluid verwendet werden können, wird der Untergrund im Gegensatz zur Verwendung anderer Fluide in anderen Bohrvorrichtungen und Verfahren nach dem Stand der Technik nicht kontaminiert. In addition, no seismicities are induced in the subsurface. In particular, by allowing water or other nontoxic compounds to be used as the fluid, unlike the use of other fluids, the subsoil is not contaminated in other prior art drilling devices and methods.
Erfindungsgemäß kann ein effektiver Materialabtrag dadurch gewährleistet werden, dass im Bereich der Vorkammer am Bohrkopf auch rückwärtsgerichtete Düsen und /oder Spülausgänge angeordnet sind, um bei gleicher Leistung weiter oder tiefer bohren zu können. Dies stellt einen besonderen Vorteil der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung und des Verfahrens dar, da nach dem aktuellen Stand der According to the invention, an effective removal of material can be ensured by the fact that in the region of the prechamber at the drill head also backward nozzles and / or scavenging outlets are arranged in order to drill further or deeper at the same power can. This represents a particular advantage of the drilling device according to the invention and of the method, since according to the current state of the
Forschung die Pumpleistung einen limitierenden Faktor in der Länge der Bohrung darstellt. Aus den rückwärtsgerichteten Düsen und/oder Spülausgängen tritt ein abrasivstofffreier Fluidstrom aus, der die am Bohrkopf und den Zuleitungen angreifenden Reibungskräfte minimiert. Der Bohrkopf kann über das Fluid der rückwärtsgerichteten Düsen weiter in Richtung der Gesteine und/oder Research is the pumping power is a limiting factor in the length of the hole. From the backward nozzles and / or scavenging exits an abrasive-free fluid flow exits, which minimizes the frictional forces acting on the drill head and the leads. The drill head may be further in the direction of the rocks and / or via the fluid of the backward nozzles
Gesteinsschichten geschoben werden als ohne deren Vorhandensein, basierend auf der Annahme, dass die Gesteinseigenschaften in horizontaler Richtung annähernd konstant sind. Rock strata are pushed as without their presence, based on the assumption that the rock properties approach in the horizontal direction are constant.
In einer besonderen Ausgestaltung weist der Bohrkopf ein rotierendes Innenteil auf, das über eine Achse am Gehäuse des Bohrkopfs gelagert ist. Das mit den In a particular embodiment, the drill head on a rotating inner part, which is mounted on an axis on the housing of the drill head. That with the
Abrasivstoffen versetzte Fluid kann aus dem Bereich des rotierenden Innenteils über mindestens eine vorwärtsgerichtete rotierende Düse und/oder Öffnung heraustreten. Im Wesentlichen bedeutet vorliegend, dass die vorwärtsgerichteten Düsen eine in Bezug auf den Bohrkopf Ausrichtung oder eine Neigung von weniger als 90° aufweisen, wobei der relative Neigungswinkel von der Beschaffenheit des Abrasive fluid displaced fluid can exit from the area of the rotating inner part via at least one forward rotating nozzle and / or opening. Essentially, presently means that the forward nozzles have an orientation or inclination of less than 90 ° with respect to the bit, the relative inclination angle being dependent on the nature of the bit
Untergrunds variieren kann. Vorteil des rotierenden Innenteils ist, dass ein gleichmäßiger Materialabtrag an der Bohrlochwand gegeben ist. Bei konventionellen Bohrköpfen des RJD-Bohrverfahrens ist die Ausrichtung der vorwärtsgerichteten Düsen statisch. Somit wird nur punktuell Material abgetragen. Durch die Rotation wird die gesamte Fläche der Bohrlochwand gleichmäßig bearbeitet. Der Bohrkopf umfasst im Falle der besonderen Ausgestaltung mit rotierendemUnderground can vary. Advantage of the rotating inner part is that a uniform material removal is given to the borehole wall. For conventional RJD drilling heads, the orientation of the forward nozzles is static. Thus, only selectively removed material. The rotation of the entire surface of the borehole wall is processed evenly. The drill head comprises in the case of the special embodiment with rotating
Innenteil mindestens eine Fokussierdüse am rotierenden Innenteil und mindestens eine Bohrung am statischen Bereich (Stator) des Bohrkopfs zur Regulierung der Wasserversorgung. Dazu umfasst die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung im Falle der besonderen Ausgestaltung mit rotierendem Innenteil mindestens eine Inner part at least one focusing nozzle on the rotating inner part and at least one hole on the static region (stator) of the drill head for regulating the water supply. For this purpose, the drilling device according to the invention comprises in the case of the particular embodiment with a rotating inner part at least one
Mischkammer bzw. offene Mischkammer, mindestens eine Vorkammer, mindestens eine rückwärtsgerichtete Düse und/oder Spülausgang, mindestens eine Mixing chamber or open mixing chamber, at least one prechamber, at least one rearward nozzle and / or flushing outlet, at least one
Übergangsleitung für die Abrasivstoffe und mindestens eine vorwärtsgerichtete Düse und/oder Öffnung. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das rotierende Innenteil drei und der Stator vier Bohrungen zur Regulierung der Transition pipe for the abrasives and at least one forward nozzle and / or opening. In a particularly advantageous embodiment, the rotating inner part has three and the stator four holes for regulating the
Wasserversorgung auf, sodass sich mindestens eine oder auch keine der Bohrungen mit der Fokussierdüse bei einer Rotation des Innenteils überlagern können. Durch die periodisch auftretende Überlappung der Bohrungen des Stators mit der Water supply, so that at least one or none of the holes can be superimposed with the focusing nozzle during rotation of the inner part. Due to the periodic overlap of the bores of the stator with the
Fokussierdüse des rotierenden Innenteils kann eine Pulsation des Fluidstroms erfolgen, wobei die Frequenz der Pulsation durch unterschiedliche Fokussierdüse the rotating inner part, a pulsation of the fluid flow can take place, wherein the frequency of the pulsation by different
Rotationsgeschwindigkeiten des Innenteils ermöglicht wird. Bei Überlappung der Bohrungen mit der Fokussierdüse wird der Abrasivstoff in die vorwärtsgerichtete Düse gedrückt, sodass bei Überlappen der Bohrungen und der Fokussierdüse das Fluid die Abrasivstoffe stoßartig aus den vorwärtsgerichteten Düsen drückt und einen impulsartigen Fluidstrom erzeugt. Eine solche Erzeugung eines pulsierenden Rotation speeds of the inner part is made possible. When the holes are overlapped with the focusing nozzle, the abrasive is forced into the forward nozzle so that when the holes overlap and the focusing nozzle, the fluid pushes the abrasive particles out of the forward nozzles and jerks one another generates pulse-like fluid flow. Such a generation of a pulsating
Fluidstromes muss im Bohrkopf oder unmittelbar davor erfolgen. Eine Erzeugung in der Pumpe hat demgegenüber zur Folge, dass die Pulsierende Bewegung durch die dynamischen Eigenschaften einer langen Hydraulikleitung (Fluidträgheit und Fluid flow must occur in or just before the drill bit. In contrast, a generation in the pump has the consequence that the pulsating movement by the dynamic properties of a long hydraulic line (fluid inertia and
Leitungskompressibilität) gedämpft und gegebenenfalls bis zum Bohrkopf vollständig ausgeglichen wird. Line compressibility) is damped and, if necessary, completely compensated to the drill head.
Die rückwärtsgerichteten Düsen und/oder Spülausgänge werden während der Rotation des Innenteils bei auch fehlender Überlappung der Bohrungen des Stators und des rotierenden Innenteils mit abrasivstofffreiem Fluid beaufschlagt, wobei das Fluid einerseits als Gleitmittel innerhalb des Bohrlochs und andererseits als The backward nozzles and / or Spülausgänge be applied during the rotation of the inner part in the absence of overlap of the bores of the stator and the rotating inner part with abrasive fluid, wherein the fluid on the one hand as a lubricant within the borehole and on the other
Vortriebsmedium für den Bohrvorgang dient. Die rückwärtsgerichteten Düsen verlaufen erfindungsgemäß schräg zur Längsmittelachse des Bohrkopfs, so dass durch die schräge Anordnung der rückwärtsgerichteten Düsen und/oder Driving medium for the drilling process is used. The backward nozzles are according to the invention obliquely to the longitudinal center axis of the drill head, so that by the oblique arrangement of the backward nozzles and / or
Spülausgänge einen Vortrieb des Bohrkopfes und ein Abtransport von abgetragenem Gestein bzw. Untergrund aus dem Bohrloch hinaus erleichtert wird. Zudem wirkt das Fluid wie beispielsweise Wasser oder Mischungen von Wasser mit Rinsing outputs a propulsion of the drill head and a removal of removed stone or ground from the borehole is facilitated. In addition, the fluid such as water or mixtures of water with
Kohlenwasserstoffen als Schmierstoff zwischen dem rotierenden Innenteil, der Vorkammer und dem Bohrkopfgehäuse. Hydrocarbons as a lubricant between the rotating inner part, the prechamber and the drill head housing.
Die Rotation des Innenteils kann dadurch erreicht werden, dass das rotierende Innenteil einen spitzen Winkel im Bereich von 1 ° bis 1 1 ° gegenüber dem Gehäuse des Bohrkopfs einschließt. Durch die Schaltung der Fokussierdüsen am Rotor und der Bohrungen am Stator wird der Bohrkopf mit Fluid beaufschlagt, womit eine Rotation des Innenteils induziert wird. Im Bereich des rotierenden Innenteils ist ein Ringspalt zwischen Gehäuse des Bohrkopfes und rotierendem Innenteil vorhanden, der je nach Einsatzzweck der Bohrvorrichtung in Größe und Breite variieren kann. Ebenso kann ein Schmierspalt zwischen dem rotierenden Innenteil und dem statischen Bereich des Bohrkopfs vorhanden sein, in das abrasivstofffreies Fluid eintreten kann und das Gleiten des rotierenden Innenteils entlang der Oberfläche des statischen Bereichs des Bohrkopfs erleichtert. In einer besonderen Ausgestaltung weist der Erfindungsgegenstand am Bohrkopf eine externe Zuleitung für abrasivstoffhaltiges Fluid auf, wobei das abrasivstoffhaltige Fluid aus dem Bohrloch entnommen werden kann. Die externe Zuleitung für The rotation of the inner part can be achieved in that the rotating inner part forms an acute angle in the range of 1 ° to 1 1 ° relative to the housing of the drill head. By the circuit of the focusing nozzles on the rotor and the bores on the stator, the drill head is subjected to fluid, whereby a rotation of the inner part is induced. In the area of the rotating inner part there is an annular gap between the housing of the drill head and the rotating inner part, which can vary in size and width depending on the intended use of the drilling device. There may also be a lubrication gap between the rotating inner portion and the static portion of the drill head into which abrasive-free fluid may enter and facilitate sliding of the rotating inner portion along the surface of the static portion of the drill bit. In a particular embodiment, the subject invention on the drill head on an external supply line for abrasive-containing fluid, wherein the abrasive material-containing fluid can be removed from the wellbore. The external supply line for
Abrasivstoffe aus dem Bohrloch kann parallel bzw. zeitgleich zu einer internen Zuleitung abrasivstoffhaltigen Fluids im Erfindungsgegenstand vorhanden sein. Über eine Zuleitung abrasivstoffhaltigen Fluids gelangen die aus dem Bohrloch Abrasives from the borehole can parallel or simultaneously to an internal Supply line abrasive fluid containing be present in the subject invention. About a supply of abrasive fluid containing the get out of the hole
stammenden Abrasivstoffe in die Mischkammer bzw. offene Mischkammer und werden von dort aus über die vorwärtsgerichteten Düsen nach außen befördert. Um eine kontinuierliche und/oder konstante Zuführung von Abrasivstoffen aus dem Bohrloch in den Bohrkopf zu gewährleisten, sind vorteilhafterweise an der originating abrasives in the mixing chamber or open mixing chamber and are transported from there via the forward nozzles to the outside. In order to ensure a continuous and / or constant supply of abrasives from the well into the drill head, are advantageously at the
Außenseite des Bohrkopfs Leitbleche angeordnet, die die Abrasivstoffe in Richtung der Zuleitung für Abrasivstoffe und/oder der Mischkammer bzw. offene Mischkammer lenken. Die erfindungsgemäße SMC-Bohrvorrichtung findet insbesondere Einsatz bei der Erschließung von Geothermie-Reservoiren, Erdöl-/Erdgaslagerstätten, Outside of the drill head baffles arranged, which direct the abrasives in the direction of the supply line for abrasives and / or the mixing chamber or open mixing chamber. The SMC drilling device according to the invention finds particular use in the development of geothermal reservoirs, oil / gas deposits,
Ankerbohrungen, Erkundungsbohrungen, Stimulationsbohrungen und/oder Anchor drilling, exploration drilling, stimulation drilling and / or
Verwendung für CT-Drilling Anwendung. Use for CT drilling application.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren nochmals eingehend beschrieben: The invention will be described again in detail with reference to the following figures:
Figur 1 zeigt ein vereinfachtes Prinzip der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 1 für Hartgestein in einem vertikalen Querschnitt des Bohrkopfs 2. Innerhalb des FIG. 1 shows a simplified principle of the hard rock drilling apparatus 1 according to the invention in a vertical cross section of the drill head 2
Bohrkopfs 2 verläuft eine Zuleitung 6a für die Zuführung abrasivstofffreien Fluids in die Vorkammer 8 und eine Zuleitung 6b für die Zuführung von Abrasivstoffen 5 (nicht dargestellt) in eine Mischkammer 3. Vorkammer 8 und Mischkammer 3 sind inDrill head 2 extends a supply line 6a for the supply of abrasive-free fluids in the antechamber 8 and a supply line 6b for the supply of abrasive 5 (not shown) in a mixing chamber 3. Prechamber 8 and mixing chamber 3 are in
Richtung auf die vorwärtsgerichtete Düse 4 getrennt und hintereinander angeordnet, sodass das abrasivstofffreie Fluid über die Vorkammer 8 und eine Fokussierdüse 14 in die Mischkammer 3 eintritt und dort mit den Abrasivstoffen 5 (nicht dargestellt) vermischt werden kann. Das abrasivstofffreie Fluid tritt über eine rückwärtsgerichtete Düse 7 aus dem Bohrkopf 2 in ein Bohrloch aus. Die rückwärtsgerichtete Düse 7 ist vorliegend schräg zur Längsmittelachse des Bohrkopfs 2 angeordnet und ermöglicht den Einsatz des abrasivstofffreien Fluids als Vortriebsmittel und/oder Gleitmittel für die Bohrvorrichtung 1 . Demgegenüber dient das abrasivstoffhaltige Fluid mit dem abrasivstofffreien Fluid, wobei das abrasivstofffreie Fluid aus der Vorkammer 8 über eine Fokussierdüse 14 in die Mischkammer 3 eintritt als Schneidstrahl, welcher aus der vorwärtsgerichteten Düse 4 aus dem Bohrkopf 2 kontinuierlich entweichen kann. Direction to the forward nozzle 4 separated and arranged one behind the other, so that the abrasive-free fluid via the antechamber 8 and a focusing nozzle 14 enters the mixing chamber 3 and there with the abrasive 5 (not shown) can be mixed. The abrasive-free fluid exits via a rearward nozzle 7 from the drill head 2 in a borehole. In the present case, the rearwardly directed nozzle 7 is arranged obliquely to the longitudinal central axis of the drill head 2 and allows the use of the abrasive-free fluid as a propulsion medium and / or lubricant for the drilling apparatus 1. In contrast, the abrasive-containing fluid with the abrasive-free fluid, the abrasive-free fluid from the antechamber 8 via a focusing nozzle 14 enters the mixing chamber 3 as a cutting jet, which can escape from the forwardly directed nozzle 4 from the drill head 2 continuously.
In der Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung 1 mit rotierendem Innenteil 9 in einem vertikalen Querschnitt dargestellt. Der Bohrkopf 2 beinhaltet das Gehäuse des Bohrkopfs 2, der einen statischen Bereich des Gehäuses als Stator 1 1 umfasst und ein rotierendes Innenteil 9. Man erkennt die abrasivstofffreie Zuleitung 6a über die ein Fluid in die Vorkammer 8 des Bohrkopfs 2 eintreten kann. Von der FIG. 2 shows a drilling device 1 according to the invention with a rotating inner part 9 shown in a vertical cross section. The drill head 2 includes the housing of the drill head 2, which comprises a static portion of the housing as a stator 1 1 and a rotating inner part 9. It can be seen the abrasive-free supply line 6a through which a fluid in the pre-chamber 8 of the drill head 2 can enter. Of the
Vorkammer 8 abgehend ist eine rückwärtsgerichtete Düse 7 schräg zur Outgoing chamber 8 is a backward nozzle 7 obliquely to
Längsmittelachse angeordnet, mittels derer abrasivstofffreies Fluid in das Bohrloch austreten kann. Über eine Übergangsleitung 12 gelangt abrasivstoffhaltiges Fluid aus einer abrasivstoffhaltigen Zuleitung 6b in die Mischkammer 3, in der das  Longitudinal axis arranged by means of which abrasive-free fluid can escape into the wellbore. Via a transition line 12, fluid containing abrasive material passes from an abrasive-containing feed line 6b into the mixing chamber 3, in which the
abrasivstofffreie Fluid mit Abrasivstoffen 5 (nicht dargestellt) vermischt wird. Das rotierende Innenteil 9 weist eine Fokussierdüse 14 auf, die in Richtung auf dieAbrasive-free fluid with abrasives 5 (not shown) is mixed. The rotating inner part 9 has a focusing nozzle 14, which in the direction of the
Vorkammer 8 bzw. Bohrungen 13 des statischen Bereichs des Bohrkopfs 2 weisen. Diese konstruktive Anordnung der Bohrungen 13, Übergangsleitung 12 und Prechamber 8 and holes 13 of the static region of the drill head 2 point. This constructive arrangement of the holes 13, transition line 12 and
Fokussierdüse 14 ist in den Schnitten A-A und B-B dargestellt. Das Innenteil 9 ist über einen Ringspalt 10 vom Gehäuse des Bohrkopfs 2 beabstandet. Bei Rotation des Innenteils 9 überlappt jeweils ein Teil der Bohrungen 13 der Vorkammer 8 mit der Fokussierdüse14 des rotierenden Innenteils. Bei Kongruenz der Bohrungen 13 der Vorkammer 8 mit der Fokussierdüse 14 tritt abrasivstofffreies Fluid in die Focusing nozzle 14 is shown in sections A-A and B-B. The inner part 9 is spaced from the housing of the drill head 2 via an annular gap 10. During rotation of the inner part 9, a respective part of the bores 13 of the pre-chamber 8 overlaps with the focusing nozzle 14 of the rotating inner part. With congruence of the holes 13 of the antechamber 8 with the focusing nozzle 14 occurs abrasive fluid in the
Mischkammer 3 ein. Über die vorwärtsgerichtete Düse 4 kann dann das mit dem Abrasivstoffen vermischte Fluid aus dem Bohrkopf 2 austreten und agiert als Mixing chamber 3 a. Via the forward nozzle 4, the fluid mixed with the abrasive material can then emerge from the drill head 2 and act as
Schneidstrahl. Die Rotation des Innenteils 9 wird erzeugt durch die kontinuierliche Beaufschlagung mit abrasivstofffreien Fluid mindestens einer vorhandenen Cutting jet. The rotation of the inner part 9 is generated by the continuous application of abrasive-free fluid at least one existing
Fokussierdüse 14, die nicht kongruent ist mit den Bohrung 13 des statischen Teils des Bohrkopfs 2 mit dem abrasivstofffreien Fluid, wobei die Position der Focusing nozzle 14, which is not congruent with the bore 13 of the static part of the drill head 2 with the abrasive-free fluid, wherein the position of the
Fokussierdüse 14 einen spitzen Winkel gegenüber dem Bohrkopf 2 des Innenteils 9 einschließt Focusing nozzle 14 forms an acute angle relative to the drill head 2 of the inner part 9
Figur 3 zeigt eine konstruktive Ausgestaltung der Bohrvorrichtung 1 mit analoger Struktur zu Figur 2. Abrasivstofffreies Fluid wird über eine abrasivstofffreie Zuleitung 6a zur Vorkammer 8 geleitet, welche sich teilweise im rotierenden Innenteil 9 befindet. Die rückwärtsgerichteten Düsen 7 sind im rotierenden Innenteil 9 an der Vorkammer 8 angeordnet. Das rotierende Innenteil 9 besteht vorliegend aus zwei ineinander gepressten Teilen, wobei über eine abrasivstoffhaltige Zuleitung 6b eine Zufuhr der Abrasivstoffe 5 (nicht dargestellt) in die Mischkammer 3 ermöglicht wird, welche im rotierenden Innenteil 9 angeordnet ist. Eine Besonderheit dieser FIG. 3 shows a structural design of the drilling device 1 with an analogous structure to FIG. 2. Abrasive-free fluid is conducted via an abrasive-free feed line 6a to the pre-chamber 8, which is partially located in the rotating inner part 9. The backward nozzles 7 are arranged in the rotating inner part 9 on the pre-chamber 8. In the present case, the rotating inner part 9 consists of two parts pressed into one another, wherein a supply of the abrasives 5 (not shown) into the mixing chamber 3, which is arranged in the rotating inner part 9, is made possible via an abrasive-containing feed line 6b. A special feature of this
Ausführung ist der Abzweig des abrasivstofffreien Fluids an der Zuleitung 6a. Die Schmierspalte 15, an denen eine Drehbewegung des rotierenden Innenteils 9 zum Gehäuse des Bohrkopfs 2 relativ zueinander auftritt, wird mit abrasivstofffreiem Fluid beaufschlagt. Da der Druck des abrasivstofffreien Fluids gegenüber dem Execution is the branch of the abrasive-free fluid on the supply line 6a. The Lubrication gaps 15, at which a rotational movement of the rotating inner part 9 to the housing of the drill head 2 occurs relative to each other, is applied with abrasive-free fluid. Since the pressure of the abrasive-free fluid against the
abrasivstoffhaltigen Fluid wesentlich höher ist, wird die Schmierspalte 15 vom abrasivstofffreien Fluid durchströmt und verhindert ein Eindringen der Abrasivstoffe 5 (nicht dargestellt) in die Schmierspalte 15. Abrasive-containing fluid is substantially higher, the lubricating gaps 15 is flowed through by the abrasive-free fluid and prevents penetration of the abrasive 5 (not shown) in the lubricating gaps 15th
Während die hohen Drücke des abrasivstofffreien Fluides das rotierende Innenteil 9 je nach Ausführung, speziell aber auch bei dieser Ausführung eine Kraft erzeugen, die den rotierenden Teil 9 axial herausdrücken, wird im Ringspalt 10 ein Druck aufgebaut, der eine axiale Kraft erzeugt, der dem entgegenwirkt. Der Ringspalt 10 ist so konstruiert, dass die projizierte Fläche des Ringspaltes 10 größer ist als die hydraulisch wirksame Fläche, die ein Herausdrücken des rotierenden Innenteils 9 aus dem Bohrkopf 2 hervorrufen würde. Die Zufuhr von abrasivstofffreiem Fluid zu dieser Ringfläche des Ringspaltes 10 erfolgt durch eine Leitung 17, in der ein While the high pressures of the abrasive-free fluid, the rotating inner part 9 depending on the design, but especially in this embodiment generate a force that push out the rotating part 9 axially, a pressure is built up in the annular gap 10, which generates an axial force counteracting this , The annular gap 10 is constructed so that the projected area of the annular gap 10 is greater than the hydraulically effective area that would cause the rotating inner part 9 to be forced out of the drill head 2. The supply of abrasive-free fluid to this annular surface of the annular gap 10 is effected by a conduit 17 in which a
Druckabfall abhängig von der Durchströmung erzeugt wird. Würde der rotierende Innenteil an dem Konus anliegen, so könnte kein Fluid fließen und in der Leitung 17 fiele kein Druck ab. Die Kraft ist wegen der größeren Fläche des Ringspaltes 10 nun größer und drückt das rotierende Innenteil 9 in den Bohrkopf hinein. Dadurch kann durch Öffnen des Ringspaltes 10 Fluid fließen, der Druckabfall der Leitung 17 steigt mit fließendem Fluid an, bis sich ein Kräfte- und Druckgleichgewicht einstellt, welches das rotierende Innenteil 9 axial zentriert und ein axiales Gleitlager darstellt. Das Fluid, welches diese Zentrierung ermöglicht, kann aus den Spülausgängen 16 aus der Bohrvorrichtung 1 entweichen. Pressure drop is generated depending on the flow. If the rotating inner part rest against the cone, no fluid could flow and no pressure would fall in the line 17. The force is now greater because of the larger area of the annular gap 10 and presses the rotating inner part 9 into the drill head. As a result, by opening the annular gap 10 fluid flow, the pressure drop of the line 17 increases with fluid flowing until a balance of forces and pressure is established, which axially centers the rotating inner part 9 and constitutes an axial slide bearing. The fluid which enables this centering can escape from the flushing outlets 16 from the drilling device 1.
Figur 4 zeigt eine Variation von Figur 2 mit der Abrasivstoffzuleitung 6b in der Mitte der Bohrvorrichtung 1 durch die Vorkammer 8 hindurch. Die Bohrungen 13 zur Erzeugung der Pulsation werden durch eine Überlappung wie sie in Figur 2 beschrieben sind um diese Zuleitung 6b herum angeordnet. Die FIG. 4 shows a variation of FIG. 2 with the abrasive material feed line 6b in the middle of the drilling device 1 through the prechamber 8. The bores 13 for generating the pulsation are arranged around this feed line 6b by an overlap as described in FIG. The
Rückwärtsgerichteten Düsen 7 sind im statischen Teil des Bohrkopfs 2 angeordnet. Die mittige Zufuhr ermöglicht die Zufuhr eines strangförmigen Abrasivstoffes, der durch die Rotation des rotierenden Innenteils 9 in der Mischkammer 3 zerkleinert wird. Backward nozzles 7 are arranged in the static part of the drill head 2. The central supply allows the supply of a strand-shaped abrasive, which is comminuted by the rotation of the rotating inner part 9 in the mixing chamber 3.
In Figur 5 ist eine weitere besondere Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands in einem vertikalen Querschnitt dargestellt. In dieser Besonderen Ausgestaltung der Bohrvorrichtung 1 ist die Mischkammer 3 als offene Mischkammer 19 ausgestaltet, d.h. sie befindet sich an der Spitze des Bohrkopfs 2 und ist in Richtung des durch das abrasivstoffhaltige Fluid zu beaufschlagenden Gesteins, Sediments oder Materials offen bzw. weist eine Öffnung 20 auf. Man erkennt, dass die 5 shows a further particular embodiment of the subject invention is shown in a vertical cross-section. In this particular embodiment of Drilling device 1, the mixing chamber 3 is designed as an open mixing chamber 19, that is, it is located at the top of the drill head 2 and is open in the direction of to be acted upon by the abrasive fluid containing rock, sediment or material or has an opening 20. One recognizes that the
Bohrvorrichtung 1 ein rotierendes Innenteil 9 aufweist. Das rotierende Innenteil 9 weist eine Fokussierdüse 14 auf, die in Richtung des rotierenden Innenteils 9 und/oder der offenen Mischkammer 19 weist. Der Bohrkopf 2 beinhaltet das Drill 1 has a rotating inner part 9. The rotating inner part 9 has a focusing nozzle 14 which points in the direction of the rotating inner part 9 and / or the open mixing chamber 19. The drill head 2 includes the
Gehäuse des Bohrkopfs 2 mit einem statischen Bereich des Gehäuses als Stator 1 1 und einem rotierenden Innenteil 9. Über die abrasivstofffreie Zuleitung 6a wird ein abrasivstofffreies Fluid in die Vorkammer 8 des Bohrkopfs 2 eingeleitet. Von der Vorkammer 8 abgehend ist eine rückwärtsgerichtete Düse 7 schräg zur Housing of the drill head 2 with a static portion of the housing as a stator 1 1 and a rotating inner part 9. About the abrasive-free supply line 6a, a abrasive-free fluid is introduced into the prechamber 8 of the drill head 2. From the antechamber 8 outgoing a backward nozzle 7 is oblique to
Längsmittelachse angeordnet, mittels derer abrasivstofffreies Fluid in das Bohrloch austreten kann. Das abrasivstofffreie Fluid wird über die vorwärtsgerichtete Düse, die hier als Fokussierdüse 14 ausgestaltet ist, in die offene Mischkammer 19 geleitet. Über eine externe Zuleitung 6b wird das arassivstofffhaltige Fluid in der offenen Mischkammer 19 mit dem abrasivstofffreien Fluid vermischt, wobei das mit dem abrasivstofffreien Fluid versetzte abrasivstoffhaltige Fluid nachfolgend aus der offenen Mischkammer 19 in Richtung des abzutragenden Gesteins, Sediments oder Materials aus der Öffnung 20 austreten kann. Die äußeren seitlichen Begrenzungen der Spitze des Bohrkopfs 2 verlaufen in Richtung der Öffnung 20 der offenen Longitudinal axis arranged by means of which abrasive-free fluid can escape into the wellbore. The abrasive-free fluid is passed via the forward nozzle, which is designed here as a focusing nozzle 14, into the open mixing chamber 19. Via an external supply line 6b, the active substance-containing fluid in the open mixing chamber 19 is mixed with the abrasive-free fluid, wherein the abrasive-containing fluid added with the abrasive-free fluid can subsequently exit the open 20 from the open mixing chamber 19 in the direction of the rock, sediment or material to be removed , The outer lateral boundaries of the tip of the drill head 2 extend in the direction of the opening 20 of the open
Mischkammer 19 konisch und ermöglichen so eine Fokussierung des Conical mixing chamber 19 and thus allow a focus of the
abrasivstoffhaltigen Fluids auf das abzutragende Gestein, Sediment oder Material. Es besteht zusätzlich die Möglichkeit (nicht dargestellt) analog zu den Ausführungen zu Figur 6 abrasivstoffhaltiges Fluid aus dem Bohrloch über die externe Zuleitung 6b und/oder eine weitere Zuleitung in die offene Mischkammer 19 zu führen. abrasivstoffhaltigen fluid on the ablated rock, sediment or material. In addition, it is possible (not shown) to guide abrasive-containing fluid out of the borehole via the external supply line 6b and / or a further supply line into the open mixing chamber 19, analogously to the embodiments of FIG.
Figur 6 zeigt eine zusätzliche Ausgestaltungsmöglichkeit des Erfindungsgegenstands in einer vertikalen Schnittzeichnung. Es gelangt vorliegend abrasivstoffhaltiges Fluid aus einer extern zum Bohrkopf 2 angeordneten, abrasivstoffhaltigen Zuleitung 6b in die offene Mischkammer 19, wobei das abrasivstoffhaltige Fluid mit Abrasivstoffen 5 aus dem Bohrloch (nicht dargestellt) vermischt wird. Es ist auch vorgesehen, um eine kontinuierliche und/oder konstante Zuleitung der Abrasivstoffe 5 aus dem Bohrloch über die Zuleitung 6b in die offene Mischkammer 19 zu gewährleisten, ein Leitblech 18 an der Außenseite des Bohrkopfs 2 angeordnet wird, welches die Abrasivstoffe 5 in Richtung der Zuleitung 6b leitet und gewährleistet, dass die Abrasivstoffe 5 aus dem Bohrloch mit dem abrasivstofffreien Fluid kontinuierlich und/oder konstant vermischt werden bevor sie aus der Öffnung 20 austreten. Figure 6 shows an additional embodiment possibility of the subject invention in a vertical sectional drawing. In the present case, abrasive-containing fluid passes from an abrasive-containing supply line 6b arranged externally to the drill head 2 into the open mixing chamber 19, the abrasive-containing fluid being mixed with abrasives 5 from the borehole (not shown). It is also provided to ensure a continuous and / or constant supply of the abrasives 5 from the wellbore via the supply line 6b in the open mixing chamber 19, a baffle 18 is arranged on the outside of the drill head 2, which the abrasives 5 in the direction of Lead 6b conducts and ensures that the abrasives 5 out the borehole are continuously and / or constantly mixed with the abrasive-free fluid before they emerge from the opening 20.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Bohrvorrichtung 1 drilling device
2 Bohrkopf  2 drill head
3 Misch kam mer  3 mixed mer
4 Vorwärtsgerichtete Düse 4 Forward nozzle
5 Abrasivstoffe 5 abrasives
6a abrasivstofffreie Zuleitung 6a abrasive-free supply line
6b abrasivstoffhaltige Zuleitung6b abrasive-containing supply line
7 Rückwärtsgerichtete Düse7 Backward nozzle
8 Vorkammer 8 prechamber
9 Rotierendes Innenteil 9 Rotating inner part
10 Ringspalt 10 annular gap
1 1 Stator  1 1 stator
12 Übergangsleitung  12 transitional line
13 Bohrung  13 hole
14 Fokussierdüse  14 focusing nozzle
15 Schmierspalt  15 lubrication gap
16 Spülausgang  16 flushing outlet
17 Leitung  17 line
18 Leitblech  18 baffle
19 offene Mischkammer 19 open mixing chamber
20 Öffnung 20 opening

Claims

Patentansprüche claims
1 . Bohrvorrichtung (1 ) für Hartgestein mittels eines Fluids, aufweisend 1 . Drilling device (1) for hard rock by means of a fluid, comprising
mindestens einen Bohrkopf (2) mit Vorkammer (8) und Mischkammer (3), mindestens eine vorwärtsgerichtete Düse (4) oder mindestens eine Öffnung (20) und mindestens eine rückwärtsgerichtete Düse (7), dadurch gekennzeichnet, dass abrasivstofffreies Fluid über eine  at least one drill head (2) with antechamber (8) and mixing chamber (3), at least one forward nozzle (4) or at least one opening (20) and at least one rearward nozzle (7), characterized in that abrasive fluid over a
abrasivstofffreie Zuleitung (6a) in die Vorkammer (8) und in mindestens eine rückwärtsgerichtete Düse (7) gelangt und Abrasivstoffe (5) über eine abrasivstoffhaltige Zuleitung (6b) in die Mischkammer (3) geführt und das mit den Abrasivstoffen (5) versetzte Fluid aus der mindestens einen  Abrasive-free supply line (6a) in the prechamber (8) and in at least one rearward nozzle (7) passes and abrasives (5) via an abrasive-containing feed line (6b) into the mixing chamber (3) and the offset with the abrasive (5) fluid from the at least one
vorwärtsgerichteten Düse (4) oder mindestens einen Öffnung (20) austritt.  forward nozzle (4) or at least one opening (20) emerges.
2. Bohrvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , 2. Drilling device (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (8) und die Mischkammer (3) räumlich voneinander getrennt im Bohrkopf (2) angeordnet sind.  characterized in that the pre-chamber (8) and the mixing chamber (3) spatially separated from each other in the drill head (2) are arranged.
3. Bohrvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Drilling device (1) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (6a, 6b) zusammen oder unabhängig voneinander innerhalb oder außerhalb der Bohrvorrichtung (1 ) verlaufen.  characterized in that the supply lines (6a, 6b) run together or independently within or outside the drilling device (1).
4. Bohrvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 4. Drilling device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (6a, 6b) koaxial zum Bohrkopf (2) verlaufen.  characterized in that the supply lines (6a, 6b) extend coaxially to the drill head (2).
5. Bohrvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 5. Drilling device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass Abrasivstoffe (5) aus dem Bohrloch über die Zuleitung (6b) in die Mischkammer (3) gelangen. characterized in that abrasives (5) from the borehole on the supply line (6b) in the mixing chamber (3) reach.
6. Bohrvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 6. Drilling device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass Abrasivstoffe (5) aus dem Bohrloch über die Zuleitung (6b) in die Mischkammer (3) mit Hilfe eines Leitblechs (18) gelangen.  characterized in that abrasives (5) from the wellbore via the supply line (6b) into the mixing chamber (3) by means of a guide plate (18) reach.
7. Bohrvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 7. Drilling device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (3) als offene Mischkammer (19) ausgestaltet ist.  characterized in that the mixing chamber (3) is designed as an open mixing chamber (19).
8. Bohrvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 8. Drilling device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf (2) in Richtung einer Öffnung (20) einen zumindest teilweise konischen Verlauf aufweist.  characterized in that the drill head (2) in the direction of an opening (20) has an at least partially conical course.
9. Bohrvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 9. Drilling device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass Abrasivstoffe (5) aus dem Bohrloch über eine Zuleitung (6b) in die offene Mischkammer (19) gelangen.  characterized in that abrasive substances (5) from the wellbore via a supply line (6b) into the open mixing chamber (19) arrive.
10. Bohrvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 10. Drilling device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die rückwärtsgerichteten Düsen (7) und/oder Spülausgänge (16) schräg zur Längsmittelachse des Bohrkopfs (2)  characterized in that the rearwardly directed nozzles (7) and / or flushing outlets (16) obliquely to the longitudinal central axis of the drill head (2)
angeordnet sind.  are arranged.
1 1 . Bohrvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 1 1. Drilling device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf (2) ein rotierendes Innenteil (9) aufweist.  characterized in that the drill head (2) has a rotating inner part (9).
12. Bohrvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 12. Drilling device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Innenteil (9) mindestens eine Fokussierdüse (14) und eine Übergangsleitung (12) aufweist.  characterized in that the rotating inner part (9) has at least one focusing nozzle (14) and a transition line (12).
13. Bohrvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 13. Drilling device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringspalt (10) und/oder Schmierspalt (15) im Bereich des Bohrkopfes (2) vorhanden ist. characterized in that an annular gap (10) and / or lubrication gap (15) in the region of the drill head (2) is present.
14. Bohrvorrichtung (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 14. Drilling device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass über die Zuleitung (6b) Metallstreifen oder strangförmige Festkörper in den Bohrkopf (2) geführt und die Abrasivstoffe (5) in situ erzeugt werden.  characterized in that over the feed line (6b) metal strip or strand-like solid in the drill head (2) and the abrasives (5) are generated in situ.
15. Verwendung einer Bohrvorrichtung (1 ) nach einem der 15. Use of a drilling device (1) according to one of
voranstehenden Ansprüche zum Einsatz bei der Erschließung von  preceding claims for use in the development of
Geothermie-Reservoiren, Erdöl-/Erdgaslagerstätten,  Geothermal reservoirs, oil / gas deposits,
Ankerbohrungen, Erkundungsbohrungen, Stimulationsbohrungen  Anchor drilling, exploration drilling, stimulation drilling
und/oder für CT-Drilling.  and / or for CT-drilling.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3076568B1 (en) * 2018-01-05 2020-11-27 New Np DRILLING UNIT AND ASSOCIATED DRILLING PROCESS
WO2019226505A1 (en) 2018-05-21 2019-11-28 Smith International, Inc. Drill bit for use with intensified fluid pressures
EP3818242B1 (en) * 2018-07-07 2024-05-29 Smith International, Inc. Fixed cutter drill bit with high fluid pressures
GB2571631B (en) * 2018-09-27 2020-04-22 Arnautov Maksim A subterranean excavation machine
CN110748300B (en) * 2019-11-19 2020-09-25 中国石油大学(华东) Drill bit with combined action of induced load and abrasive jet and drilling method
GB2590377A (en) * 2019-12-12 2021-06-30 Arnautov Max A subterranean excavation machine
US11913286B2 (en) 2021-06-08 2024-02-27 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Earth-boring tools with through-the-blade fluid ports, and related methods
CN118223790B (en) * 2024-05-23 2024-07-30 山东角洲石油助剂有限公司 Large-aperture safe petroleum drilling and production impactor

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4555872A (en) * 1982-06-11 1985-12-03 Fluidyne Corporation High velocity particulate containing fluid jet process
US4515227A (en) * 1983-04-27 1985-05-07 Christensen, Inc. Nozzle placement in a diamond rotating bit including a pilot bit
US4534427A (en) * 1983-07-25 1985-08-13 Wang Fun Den Abrasive containing fluid jet drilling apparatus and process
US6263984B1 (en) 1999-02-18 2001-07-24 William G. Buckman, Sr. Method and apparatus for jet drilling drainholes from wells
US6530439B2 (en) * 2000-04-06 2003-03-11 Henry B. Mazorow Flexible hose with thrusters for horizontal well drilling
US6932285B1 (en) 2000-06-16 2005-08-23 Omax Corporation Orifice body with mixing chamber for abrasive water jet cutting
EP2142747B1 (en) * 2007-04-03 2012-04-18 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and assembly for abrasive jet drilling
CN104564065A (en) * 2013-10-11 2015-04-29 朱清德 Novel rotating abrasive water jet cutting tooth
CN103835653B (en) * 2014-03-25 2016-03-02 中国石油大学(北京) Self-advancing type landwaste abrasive material direct rotary mixing jet drill bit
CN204060514U (en) * 2014-04-22 2014-12-31 中煤科工集团重庆研究院有限公司 High-pressure water jet drilling and expanding device for coal mine through-layer drilling
CN104033106B (en) 2014-06-17 2016-02-24 中国石油大学(华东) Radial sidetracking rotates self-advancing type multiple jet drill bit
CN106246110A (en) * 2016-10-24 2016-12-21 中国石油大学(北京) Runner staggered form center churning underbalance pulse drill bit

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