EP4015762A1

EP4015762A1 - Verfahren zur sanierung einer erdreich-bohrung

Info

Publication number: EP4015762A1
Application number: EP21214468.7A
Authority: EP
Inventors: Norbert Schuhmacher; Tobias Adler; Dietmar Heine
Original assignee: Keller Holding GmbH
Current assignee: Keller Holding GmbH
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2022-06-22
Also published as: DE102020134262A1

Abstract

Verfahren zur Sanierung einer Erdreich-Bohrung, insbesondere einer Geothermiebohrung, in der zumindest ein Rohr eingelassen ist, wobei zwischen dem zumindest einen Rohr und der Bohrung ein Ringraum gebildet ist, in dem ein entfestigtes Material enthalten ist, sowie kombiniertes Werkzeug zum Einbringen und Aufweiten einer Öffnung in einem Rohr.

Description

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Sanierung einer Erdreich-Bohrung, insbesondere einer Geothermiebohrung, ein kombiniertes Werkzeug zum Einbringen und Aufweiten einer Öffnung in einem Rohr sowie eine Verwendung eines kombinierten Werkzeugs bei einem Verfahren zur Sanierung einer Erdreich-Bohrung.
Aus der EP 2 357 317 A2 ist ein Verfahren zur Sanierung einer Erdreich-Bohrung bekannt. In die Erdreich-Bohrung ist ein Rohr eingelassen, wobei zwischen dem Rohr und der Bohrung ein Ringraum gebildet ist. Es werden mehrere Öffnungen in einen ersten Teilabschnitt des Rohres mittels einer in das Rohr eingeführten Vorrichtung eingebracht. Dies kann mittels eines Hochdruckwasserstrahls, thermischer Behandlung oder durch mechanische Perforation erfolgen. Anschließend wird ein Bindemittel in das Rohr eingebracht, wobei das Bindemittel durch die Öffnungen des Rohres in den Ringraum gelangt. Anschließend wird das Bindemittel aus dem Rohr ausgespült.
Aus der DE 10 2015 204 609 A1 ist ein Erdwärmesondenschneidwerkzeug bekannt, das einen in einen Sondenschlauch einer Erdwärmesonde einführbaren Werkzeugkörper und mindestens ein pneumatisch oder hydraulisch aktivierbares Messer zum Aufschneiden des Sondenschlauchs umfasst.
Die DE 858 685 C zeigt ein Gerät zum Schlitzen und Fangen von Rohren im Erdbohrbetrieb, wobei die Schneidbewegung der Messer in Längsrichtung zu der Rohrachse erfolgt. Das Rohrschlitz- und -fanggerät hat mit einem zylindrischen Teil Verbindung, der durch Flüssigkeitsdruck in der zu trennenden Rohrtour feststellbar ist. Infolge einer Belastung eines Kolbens durch Druckflüssigkeit werden quer beweglich geführte Klemmbacken innen gegen die Wandung der Rohrtour gepresst, wodurch der Zylinder festgehalten wird, um als feststehende Führung für den Schlitz- und Fanggeräteteil zu dienen.
Bei der Sanierung bzw. Abdichtung einer Erdreich-Bohrung, in der zumindest ein Rohr eingelassen ist, wobei zwischen dem zumindest einen Rohr und der Bohrung ein Ringraum gebildet ist, kann der Ringraum zumindest bereichsweise mit entfestigtem oder zersetztem Material von pastöser bis bröckeliger Konsistenz, beispielsweise mit durch chemischen Angriff, insbesondere durch Sulfattreiben entfestigtem oder zersetztem Beton, gefüllt sein. Derartiges Material lässt sich mit dem bekannten Verfahren nicht ausreichend verdrängen und durch ein Bindemittel ersetzen.
Eine Aufgabe besteht darin, das Verfahren zur Sanierung von Erdreich-Bohrungen unter den beschriebenen Umständen zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind Ausführungsformen des Verfahrens angegeben. Weiterhin wird ein kombiniertes Werkzeug und die Verwendung eines kombinierten Werkzeugs gemäß Ansprüchen 13, 14 und 15 vorgeschlagen, welches die Aufgabe löst.
Das Verfahren zur Sanierung einer Erdreich-Bohrung, in der zumindest ein Rohr eingelassen ist, wobei zwischen dem zumindest einen Rohr und der Bohrung ein Ringraum gebildet ist, in dem ein entfestigtes Material enthalten ist, weist folgenden Verfahrensschritte auf:

a) Einbringen zumindest einer Öffnung in einen Teilabschnitt des Rohres mittels eines in das Rohr eingeführten Schneidwerkzeugs;
b) Aufweiten der Öffnung mittels eines in das Rohr eingeführten Spreizwerkzeugs, wobei eine Teilmenge des entfestigten Materials aus dem Ringraum in das Rohr gelangt.

Als entfestigtes Material ist eine pastöse, rieselfähige oder bröckelige Masse zu verstehen, beispielsweise durch chemischen Angriff, insbesondere durch Sulfattreiben entfestigter oder zersetzter Beton, das Mineral Thaumasit. Ziel bei der Sanierung bzw. Abdichtung einer Erdreich-Bohrung ist es grundsätzlich, ein Bindemittel in das Rohr einzubringen, das durch eine Öffnung des Rohres in den Ringraum gelangt, sodass der zwischen dem Rohr und der Erdreich-Bohrung gebildete Ringraum durch das Bindemittel, beispielsweise eine Zementsuspension, abgedichtet wird. Das Beschriebene Verfahren lässt sich vorteilhaft anwenden, wenn beispielsweise eine zu geringe Menge an Suspension festgestellt wird bzw. nicht sulfatbeständige Zemente beim Verfüllen des Ringraums der Bohrung verwendet wurden. Wenn bei dem Einbringen der Öffnung bereits getrübtes Spülwasser im Rücklauf festgestellt wird, kann es sich dabei beispielsweise um Thaumasit handeln, welches durch Umwandlung der ursprünglichen Ringraumverfüllung in Folge von Sulfattreiben entstanden ist. Die pastöse, rieselfähige oder bröckelige Masse lässt sich insbesondere bei dem Einbringen der Öffnung mittels eines Hochdruckwasserstrahls nicht verdrängen. Es kann dabei zu Druckerhöhungen im Ringraum kommen, die zu einer Deformation oder sonstigen Beschädigung des Rohrs führen kann.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Einbringen der Öffnung in das Rohr mittels eines mechanischen Schneidwerkzeugs, das in das Rohr eingeführt wird. Das Schneidwerkzeug kann eine Klinge aufweisen, die beispielsweise hydraulisch betätigbar ist. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Aufweiten der Öffnung mittels eines hydraulisch betätigbaren Spreizwerkzeugs, das in das Rohr eingeführt wird. Alternativ wäre eine pneumatische oder elektromotorische Betätigung des Schneidwerkzeugs und/oder des Spreizwerkzeugs denkbar.
Durch das Einbringen und Aufweiten der Öffnung kann das entfestigte Material vorteilhaft aus dem Ringraum in das Sondenrohr gelangen, ohne dass das Rohr dabei durch das entfestigte Material verformt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf den Schritt b) ein weiterer Verfahrensschritt
c) Ausspülen des entfestigten Materials aus dem Rohr erfolgt. Vor dem Ausspülen gemäß Schritt c) kann das Spreizwerkzeug aus der Öffnung entfernt werden, wobei die Öffnung wieder verkleinert wird. Das beispielsweise elastische Material des Rohrs bei Geothermiebohrungen verschließt die Öffnung annähernd vollständig, so das vorteilhaft nur geringe Mengen des Spülmediums bei dem Ausspülen gemäß Schritt c) in den Ringraum gelangen. Vor dem Ausspülen gemäß Schritt c) wird gegebenenfalls das Spreizwerkzeug und/oder das Schneidwerkzeug aus dem Rohr entfernt.
Das Rohr wird gemäß einer Ausführungsform vor dem Aufweiten der Öffnung gemäß Schritt b) mit Druckluft ausgeblasen. Gegebenenfalls wird das Rohr vor dem Einbringen der zumindest einen Öffnung gemäß Schritt a) mit Druckluft ausgeblasen. Dadurch wird gegebenenfalls im Rohr befindliches Wasser oder Material entfernt. Das Rohr wird während des Einbringens und Aufweitens der Öffnung nicht verschlossen, so dass in dem luftgefüllten Rohr Atmosphärendruck herrscht. Bedingt durch einen hydraulischen Druckunterschied zwischen dem Ringraum und dem entwässerten Rohr dringt das entfestigte Material über die geweitete Öffnung in das Rohr ein. Das Aufweiten des Rohrs kann beispielsweise bis zu zehn Minuten andauern. Vor dem nachfolgenden Ausspülen des Rohrs gemäß Schritt d werden das Schneidwerkzeug und/oder das Spreizwerkzeug in der Regel aus dem Rohr entfernt. Das Ausspülen des entfestigten Materials erfolgt mit einem Spülmedium, beispielsweise mit Wasser, und wird beispielsweise solange durchgeführt bzw. wiederholt, bis ein Anteil des entfestigten Materials in dem Spülmedium unter einen vorgegebenen Wert sinkt. In der Praxis kann der Anteil des entfestigten Materials in dem Spülmedium per Sichtkontrolle abgeschätzt werden. Wenn das Wasser im Rückfluss klar ist, kann das Ausspülen beendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Schritte b) und c) wiederholt ausgeführt. Die bereits eingebrachte Öffnung wird erneut mit dem Spreizwerkzeug aufgeweitet, sodass eine weitere Teilmenge des entfestigten Materials aus dem Ringraum in das Rohr gelangt. Anschließend wird das Spreizwerkzeug aus der Öffnung entfernt, sodass die Öffnung wieder verkleinert wird, und schließlich das entfestigte Material aus dem Rohr ausgespült, beispielsweise bis das Spülmedium im Rückfluss klar ist. Um sicher zu stellen, dass ein möglichst großer Anteil des entfestigten Materials im Bereich der Öffnung entfernt wurde, können die Schritte b) und c) so oft wiederholt werden, bis bei dem Ausspülen gemäß Schritt c) mit dem Spülmedium ein Anteil des entfestigten Materials in dem Spülmedium bereits zu Beginn des Spülens unter einem vorgegebenen Wert liegt. Das Rohr kann beispielsweise vor jeder Wiederholung der Schritte b) und c) mit Druckluft ausgeblasen werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach der letzten Wiederholung der Schritte b) und c) ein Bindemittel in das Rohr eingebracht wird, wobei das Bindemittel durch die zumindest eine Öffnung des Rohres in den Ringraum gelangt. Der Ringraum wird durch das Einbringen des Bindemittels zuverlässig abgedichtet. Damit wird verhindert, dass beispielsweise Wasser in ungewünschter Weise aus einer unteren Erdschicht durch den Bohrungsringraum in eine darüber liegende Erdschicht gedrückt wird. Weitere Einzelheiten und Vorteile zum Einbringen des Bindemittels gehen aus der EP 2 357 317 A2 hervor, auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird.
Das Einbringen des Bindemittels erfolgt bei einem U-förmigen Rohr mit einem ersten Rohrabschnitt, einem zweiten Rohrabschnitt und einem Umkehrabschnitt, der den ersten Rohrabschnitt mit dem zweiten Rohrabschnitt verbindet, beispielsweise im Umlauf-Injektionsverfahren, wobei das Bindemittel durch einen der beiden Rohrabschnitte eingebracht wird und an dem anderen der beiden Rohrabschnitte wieder austritt. Dabei kann das Bindemittel durch denjenigen der beiden Rohrabschnitte eingebracht werden, in dem sich nicht die Öffnung befindet. Bei einem nicht umlauffähigen Rohr erfolgt das Einbringen des Bindemittels beispielsweise im Kontraktor-Injektionsverfahren.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach der letzten Wiederholung der Schritte b) und c) ein Wasserdrucktest des Rohrs durchgeführt wird, wobei nur bei einem Wasserverlust oberhalb eines Grenzwerts bei dem Wasserdrucktest das Bindemittel in das Rohr eingebracht wird.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Verfahrensschritte a), b) und c) wiederholt ausgeführt, wobei in Schritt a) zumindest eine weitere Öffnung in einen weiteren Teilabschnitt oberhalb des ersten, bzw. bei der vorhergehenden Wiederholung der Verfahrensschritte a), b) und c) bearbeiteten Teilabschnitts des Rohrs eingebracht wird. Der weitere Teilabschnitt befindet sich beispielsweise zwischen eins und fünf Meter näher an der Erdoberfläche als der darunterliegende Teilabschnitt, in der Regel um etwa 1,5 Meter näher. Nach dem Einbringen der weiteren Öffnung in den weiteren Teilabschnitt können die nachfolgenden Schritte b) und c) wie oben beschrieben wiederum wiederholt durchgeführt werden, bis bei dem Ausspülen gemäß Schritt c) mit dem Spülmedium ein Anteil des entfestigten Materials in dem Spülmedium bereits zu Beginn des Spülens unter einem vorgegebenen Wert liegt. Anschließend kann erneut das Bindemittel in das Rohr eingebracht werden, wobei das Bindemittel dann durch die weitere Öffnung des Rohres in dem weiteren Teilabschnitt in den Ringraum gelangt. Dementsprechend können in analoger Weise noch weitere Öffnungen in jeweils oberhalb gelegenen Teilabschnitten in das Rohr eingebracht werden.
Vor jeder Durchführung des Schritts a) kann das Schneidwerkzeug außerhalb des Rohrs auf seine Funktionsfähigkeit überprüft werden. Die Öffnung wird beispielsweise als ein zehn bis 50 Zentimeter langer Schnitt entlang einer Längsachse des Rohrs eingebracht, wobei das Aufweiten der Öffnung mindestens fünf Zentimeter entfernt von den Enden der Öffnung bzw. nahe einer Mitte der Öffnung.
Ein weiterer Aspekt bezieht sich auf ein kombiniertes Werkzeug zum Einbringen und Aufweiten einer Öffnung in einem Rohr, mit dem die Aufgabe gelöst wird und das beispielsweise bei dem zuvor beschriebenen Verfahren verwendet wird. Das kombinierte Werkzeug weist ein Schneidwerkzeug und ein Spreizwerkzeug auf, wobei das Schneidwerkzeug und das Spreizwerkzeug entlang einer Längsachse des Werkzeugs versetzt angeordnet und unabhängig voneinander betätigbar sind. Nach dem Einbringen der Öffnung mit dem Schneidwerkzeug kann das kombinierte Werkzeug derart entlang des Rohrs weiter bewegt werden, dass das Spreizwerkzeug im Bereich der Öffnung angeordnet ist, beispielsweise etwa in der Mitte der Öffnung. Das Schneidwerkzeug ist beispielsweise als hydraulisch betätigbares mechanisches Schneidwerkzeug ausgeführt ist und das Spreizwerkzeug als hydraulisch betätigbares mechanisches Spreizwerkzeug zum Aufweiten der Öffnung.
Gemäß einer Ausführungsform des kombinierten Werkzeugs ist vorgesehen, dass das Schneidwerkzeug eine Schneide zum Einbringen der Öffnung in das Rohr aufweist, wobei diese Schneide nur an einem Schneidschenkel angeordnet ist und nicht an einem Gegenschenkel, der auf einer bezüglich der Längsachse dem Schneidschenkel gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Der Gegenschenkel dient so vorteilhaft zur Abstützung an der Rohrwand auf der dem Schnitt gegenüberliegenden Seite.
Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des kombinierten Werkzeugs ist vorgesehen, dass das Spreizwerkzeug einen schwenkbar gelagerten Spreizschenkel aufweist, der in einer ausgefahrenen Position zum Aufweiten der Öffnung des Rohrs um einem spitzen Winkel gegenüber der Längsachse verschwenkt ist. Der schwenkbare Spreizschenkel lässt sich vorteilhaft schwenkend in die aufzuweitende Öffnung einbringen.
Ein weiterer Aspekt bezieht sich auf ein Verwendung eines kombinierten Werkzeugs zum Einbringen und Aufweiten einer Öffnung in einem Rohr bei einem Verfahren zur Sanierung einer Erdreich-Bohrung, wie zuvor beschrieben, wobei das Werkzeug ein Schneidwerkzeug und ein Spreizwerkzeug aufweist und wobei das Schneidwerkzeug und das Spreizwerkzeug entlang einer Längsachse (L) des Werkzeugs versetzt angeordnet und unabhängig voneinander betätigbar sind.
Mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen werden nachfolgend weitere Merkmale und Vorteile des kombinierten Werkzeugs und des Verfahrens zur Sanierung einer Erdreich-Bohrung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines kombinierten Werkzeugs in zwei Seitenansichten;
Figur 2 ein Detail des kombinierten Werkzeugs gemäß Figur 1 in einer Schnittansicht;
Figur 3 ein weiteres Detail des kombinierten Werkzeugs gemäß Figur 1 in einer Schnittansicht;
Figuren 4 bis 8 eine schematische Darstellung einer Erdreich-Bohrung zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Sanierung der Erdreich-Bohrung.

In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines kombinierten Werkzeugs in zwei Seitenansichten dargestellt, wobei die linke Seitenansicht A das kombinierte Werkzeug um 90 Grad gegenüber der rechten Seitenansicht B um eine Längsachse L gedreht zeigt. Das kombinierte Werkzeug zum Einbringen und Aufweiten einer Öffnung in einem Rohr weist ein Schneidwerkzeug 13 und ein Spreizwerkzeug 14 auf. Das Schneidwerkzeug 13 und das Spreizwerkzeug 14 sind entlang der Längsachse L des kombinierten Werkzeugs versetzt bzw. benachbart angeordnet. Das Schneidwerkzeug 13 ist ein hydraulisch betätigbares mechanisches Schneidwerkzeug zum Einbringen der Öffnung in das Rohr. Das Spreizwerkzeug 14 ist als hydraulisch betätigbares mechanisches Spreizwerkzeug zum Aufweiten der Öffnung ausgeführt. Das Schneidwerkzeug 13 und das Spreizwerkzeug 14 sind unabhängig voneinander betätigbar. Dazu kann das kombinierte Werkzeug zwei voneinander unabhängige Hydraulikanschlüsse 15, 16 aufweisen, wobei ein erster Hydraulikanschluss 16 zum Betätigen des Spreizwerkzeugs 14 dient. Ein zweiter Hydraulikanschluss 15 ist durch ein Gehäuse 18 des Spreizwerkzeugs 14 hindurch bis zu dem Schneidwerkzeugs 13 geführt, um dieses zu betätigen. Dazu ist das Gehäuse 18 des Spreizwerkzeugs 14 mit einem Gehäuse 17 des Schneidwerkzeugs 13 über eine trennbare Kupplung 21 verbunden. Das Schneidwerkzeug 13 weist eine Schneide 19 auf, welche in den Ansichten der Figur 1 innerhalb des Gehäuses 17 des Schneidwerkzeugs 13 angeordnet in einer eingezogenen Position dargestellt ist. Eine ausgefahrene Position der Schneide 19 zum Schneiden des Rohrs wird später mit Bezug auf die Figur 2 erläutert. Das Spreizwerkzeug 14 weist einen Spreizschenkel 20 auf, welcher in den Ansichten der Figur 1 jeweils innerhalb des Gehäuses 18 des Spreizwerkzeugs 14 angeordnet in einer eingezogenen Position dargestellt ist. Eine ausgefahrene Position des Spreizschenkels 20 zum Aufweiten der Öffnung wird später mit Bezug auf die Figur 3 erläutert.
In der Figur 2 ist als Detail des kombinierten Werkzeugs gemäß Figur 1 in einer Schnittansicht das Schneidwerkzeug 13 mit der Schneide 19 in der ausgefahrenen Position zum Schneiden des Rohrs dargestellt. Die Schneide 19 ist an einem äußeren Ende eines ersten Schneidschenkels 25 angeordnet, der in der ausgefahrenen Position aus einer Ausnehmung 30 des Gehäuses 17 hervorsteht. Ein zweiter Schneidschenkel 24 ohne Schneide steht auf einer dem ersten Schneidschenkel 25 gegenüberliegenden Seite aus der Ausnehmung 30 des Gehäuses 17 hervor und dient so zur Abstützung an dem nicht dargestellten Rohr auf der der einzubringenden Öffnung gegenüberliegenden Rohrwand. Der erste Schneidschenkel 25 und der zweite Schneidschenkel 24 sind beide mit dem jeweiligen inneren Ende drehbar mit einem Kolben 22 verbunden, welcher in einem Zylinder 23 innerhalb des Gehäuses 17 entlang der Längsachse L verschiebbar angeordnet ist. Durch Druckbeaufschlagung des Zylinders 23 wir der Kolben 22 aus der eingezogenen Position gemäß Figur 1 in die ausgefahrenen Position zum Schneiden des Rohrs gemäß Figur 2 verstellt. Der erste Schneidschenkel 25 und der zweite Schneidschenkel 24 weisen jeweils eine abgerundete Kontur auf, welche mit entsprechenden Schrägflächen der Ausnehmung 30 derart zusammenwirken, dass der erste Schneidschenkel 25 und der zweite Schneidschenkel 24 zu gegenüberliegenden Seiten des Schneidwerkzeugs 13 hin aus dem Gehäuse ausgefahren werden und in der ausgefahrenen Position einen Winkel W1 von bis zu 150 Grad einschließen. Daraus ergibt sich beispielsweise ein Abstand D2 zwischen den äußeren Enden des ersten Schneidschenkels 25 und des zweiten Schneidschenkels 24 quer zur Längsachse L von 35 Millimeter. Ein Abstand D1 von dem äußeren Ende des zweiten Schneidschenkels 24 bis zu der Schneide 19 beträgt dann beispielsweise 31 Millimeter, sodass das beispielhaft beschriebene Schneidwerkzeug 13 geeignet ist ein bei Geothermiebohrungen beispielsweise verwendetes Rohr von 32 Millimeter Durchmesser und drei Millimeter Wandstärke sicher zu schneiden. Der Fachmann erkennt, dass der Winkel W1 und/oder die Abstände D1, D2 anwendungsbezogen an das zu schneidende Rohr angepasst werden können. Der Schnitt wird ausgeführt, indem das Schneidwerkzeug 13 mit der Schneide 19 in der ausgefahrenen Position zum Schneiden des Rohrs entlang der Längsachse L bewegt wird, in der Regel also aus dem Rohr herausgezogen wird. Nach Ausführung des Schnitts, beispielsweise über eine Länge von 50 Zentimeter, wird der Druck in dem Zylinder 23 derart vermindert, sodass die Schneide 19 aus der geschnittenen Öffnung zurück in das Innere des Rohrs gedrückt wird, wenn das Schneidwerkzeug 13 weiter bewegt wird. Der Winkel W1 verringert sich, da gemeinsam mit dem ersten Schneidschenkel 25 auch der zweite Schneidschenkel 24 eingezogen wird. Die Schneidschenkel 24, 25 müssen dabei nicht notwendigerweise vollständig in die eingezogene Position innerhalb der Ausnehmung 30 des Gehäuses 17 des Schneidwerkzeugs 13 zurückkehren.
In der Figur 3 ist als Detail des kombinierten Werkzeugs gemäß Figur 1 in einer Schnittansicht das Spreizwerkzeug 14 mit dem Spreizschenkel 20 in der ausgefahrenen Position zum Aufweiten der Öffnung des Rohrs dargestellt. Der Spreizschenkel 20 ist nahe seinem äußeren Ende drehbar mit einem weiteren Schenkel 29 verbunden, der drehbar innerhalb einer Ausnehmung 31 an dem Gehäuse 18 angelenkt ist. Das von dem äußeren Ende entfernte Ende des Spreizschenkels 20 ist drehbar mit einem Kolben 26 verbunden, der in einem Zylinder 27 innerhalb des Gehäuses 18 in Richtung der Längsachse L verschiebbar angeordnet ist. Durch Druckbeaufschlagung des Zylinders 27 wir der Kolben 26 aus der eingezogenen Position gemäß Figur 1 in die ausgefahrenen Position zum Aufweiten der Öffnung gemäß Figur 3 verstellt, indem das aus dem Spreizschenkel 20 und dem weiteren Schenkel 29 gebildete Kniehebelgelenk ausgelenkt wird. Der Spreizschenkel 20 wird dabei um einem Winkel W2 von beispielsweise 55 Grad gegenüber der Längsachse L verschwenkt. Daraus ergibt sich beispielsweise ein maximaler Abstand D3 quer zu der Längsachse L zwischen dem äußeren Ende des Spreizschenkels 20 und dem von dem Spreizschenkel 20 abgewandten Bereich des Gehäuses 18 von etwa 39 Millimeter. Der Kolben 26 ist beispielsweise durch ein Federmittel 28 in Richtung der eingezogenen Position vorgespannt, sodass der Spreizschenkel 20 zurück in die Ausnehmung 31 eingezogen wird, sobald der Druck in dem Zylinder 27 ausreichend vermindert wird. Der zweite Hydraulikanschluss 15 weist eine durch das Gehäuse 18 des Spreizwerkzeugs 14 hindurch verlaufende Leitung, über die der Zylinder 23 des Schneidwerkzeugs 13 (Figur 2) beaufschlagbar ist, um dieses zu betätigen.
Mit Bezug auf die Figuren 4 bis 8 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Sanierung einer Erdreich-Bohrung beschrieben, wobei jede der Figuren 4 bis 8 eine schematische Darstellung der Erdreich-Bohrung während einer Phase bzw. während eines Verfahrensschritts in chronologischer Reihenfolge zeigt. Es ist ein Bohrloch 2 erkennbar, welches in das Erdreich 3 eingebracht ist. Das Bohrloch 2 kann prinzipiell eine beliebige Tiefe haben, insbesondere eine Tiefe von etwa 50 bis 200 Meter aufweisen. Der Durchmesser des Bohrloches 2 beträgt vorzugsweise etwa zwischen fünf und 15 Zentimeter. In dem Bohrloch 2 ist ein Rohr 4 eingelassen, das beispielsweise ein Geothermie-Sondenrohr sein kann, mit einem Rohrdurchmesser von beispielsweise 20 bis 40 Millimeter. Es ist erkennbar, dass das Rohr 4 U-förmig gestaltet ist und einen ersten vertikalen Rohrabschnitt 5, einen zweiten vertikalen Rohrabschnitt 6 sowie einen Umkehrabschnitt 7 aufweist, der den ersten Abschnitt 5 mit dem zweiten Abschnitt 6 verbindet. Es ist ferner ein Ringraum 8 zwischen dem Rohr 4 und der Erdreichbohrung 2 gebildet. Der Ringraum 8 kann zumindest bereichsweise mit entfestigtem oder zersetztem Material 11 von pastöser bis bröckeliger Konsistenz, beispielsweise mit durch chemischen Angriff, insbesondere durch Sulfattreiben entfestigtem oder zersetztem Beton, gefüllt sein. Das entfestigte Material 11 kann als pastöse, rieselfähige oder bröckelige Masse auftreten. Durch chemischen Angriff, beispielsweise durch sogenanntes Sulfattreiben, entfestigter oder zersetzter Beton wird auch als Thaumasit 11 bezeichnet. Bei dem Verfahren zur Sanierung der ErdreichBohrung 2 kann das mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 beschriebene Werkzeug eingesetzt werden.
In der Figur 4 ist ein Verfahrensschritt a) dargestellt, bei dem zumindest eine Öffnung 9 in einen Teilabschnitt L1 des Rohres 4 mittels eines in das Rohr 4 eingeführten Schneidwerkzeugs 13 eingebracht wird. Das Rohr 4 kann gegebenenfalls vor dem Einbringen der Öffnung 9 gemäß Schritt a) mit Druckluft ausgeblasen werden. Vor dem Schritt a) kann das Schneidwerkzeug 13 außerhalb des Rohrs 4 auf seine Funktionsfähigkeit überprüft werden. Das Einbringen der Öffnung 9 in das Rohr 4 wird beispielsweise mittels eines hydraulisch betätigbaren mechanischen Schneidwerkzeugs 13 bewerkstelligt, das in das Rohr 4 eingeführt wird. Die Öffnung 9 wird dabei beispielsweise als ein zehn bis 50 Zentimeter langer Schnitt entlang einer Längsachse des Rohrs eingebracht, hier also in vertikaler Richtung. Dazu kann das Schneidwerkzeug 13 nach dem Einführen in das Rohr 4 beispielsweise in der zuvor mit Bezug auf die Figur 2 beschriebenen ausgefahrenen Position der Schneide 19 zum Schneiden des Rohrs 4 um zehn bis 50 Zentimeter nach oben gezogen werden.
In der Figur 5 ist ein Verfahrensschritt b) dargestellt, bei dem die Öffnung 9 mittels eines in das Rohr 4 eingeführten Spreizwerkzeugs 14 aufgeweitet wird, sodass zumindest eine Teilmenge 12 des entfestigten Materials 11 aus dem Ringraum 8 in das Rohr 4 gelangt. Das Rohr 4 kann vor dem Aufweiten der Öffnung 9 mit Druckluft ausgeblasen werden. Das Aufweiten der Öffnung 9 wird mittels eines hydraulisch betätigbaren mechanischen Spreizwerkzeugs 14 bewerkstelligt, das in das Rohr 4 eingeführt wird, wobei die Öffnung 9 mindestens fünf Zentimeter entfernt von den Enden der Öffnung 9 erfolgt, vorteilhafterweise etwa in der Mitte der Öffnung 9. Das Spreizwerkzeug 14 kann gemeinsam mit dem Schneidwerkzeug 13 ein oben mit Bezug auf Figur 1 beschriebenes kombiniertes Werkzeug zum Einbringen und Aufweiten einer Öffnung 9 in dem Rohr 4 bilden, wobei das Schneidwerkzeug 13 und das Spreizwerkzeug 14 entlang einer Längsachse des Rohrs versetzt an dem Werkzeug angeordnet und unabhängig voneinander betätigbar sind.
In der Figur 6 ist ein Verfahrensschritt c) dargestellt, bei dem zumindest die in das Rohr 4 gelangte Teilmenge 12 des entfestigten Materials 11 aus dem Rohr 4 ausgespült wird. Bedingt durch einen hydraulischen Druckunterschied zwischen dem Ringraum 8 und dem entwässerten Rohr 4 dringt die Teilmenge 12 des entfestigten Materials 11 über die gespreizte Öffnung 9 in das Rohr 4, was durch den Pfeil T dargestellt ist. Das entfestigte Material 11 besteht aus durch Sulfatangriff zersetzter oder bedingt durch eine fehlerhafte Ringraumverfüllung nur teilweise vorhandene Zementhinterfüllung. Dazu wird ein Spülmedium wie Wasser beispielsweise in den ersten Rohrabschnitt 5 eingebracht, welches das entfestigte Material 11 über den zweiten Rohrabschnitt 6 austrägt, was durch die Pfeile W dargestellt ist. Das Ausspülen des entfestigten Materials 11 mit dem Spülmedium wird beispielsweise solange durchgeführt, bis ein Anteil des entfestigten Materials 11 in dem Spülmedium unter einen vorgegebenen Wert sinkt. Das Ausspülen erfolgt gemäß Figur 6 während das Spreizwerkzeug 14 die Öffnung 9 aufgeweitet hält. Alternativ kann vor dem Ausspülen gemäß Schritt c) das Spreizwerkzeug 14 aus der Öffnung 9 entfernt werden, wodurch die Öffnung 9 wieder verkleinert wird. In dem Fall können die Schritte b) und c) wiederholt ausgeführt werden, beispielsweise bis bei dem Ausspülen gemäß Schritt c) mit einem Spülmedium ein Anteil des entfestigten Materials 11 in dem Spülmedium zu Beginn des Spülens unter einem vorgegebenen Wert liegt. Das Rohr 4 kann vor jeder Wiederholung der Schritte b) und c) mit Druckluft ausgeblasen werden. Gegebenenfalls kann vor dem Ausspülen gemäß Schritt c) das Spreizwerkzeug 14 und/oder das Schneidwerkzeug 13 aus dem Rohr 4 entfernt werden.
Die Figur 7 zeigt das Bohrloch 2 bei einer Wiederholung des Verfahrensschritts c), wobei in einem Bereich des Teilabschnitts L1 des Rohres 4 das entfestigte Material 11 zumindest annähernd vollständig aus dem Ringraum 8 über die Öffnung 9 in das Rohr 4 verbracht und ausgespült wurde. Wenn im Rückfluss des Spülmediums ein Anteil des entfestigten Materials 11 unter einem vorgegebenen Wert liegt, kann die Wiederholung der Verfahrensschritte b) und c) eingestellt werden.
In der Figur 8 ist ein weiterer Verfahrensschritt dargestellt, der beispielsweise nach der letzten Wiederholung der Verfahrensschritte b) und c) erfolgt und in dem ein Bindemittel 10 in das Rohr 4 eingebracht wird, wobei das Bindemittel 10 durch die zumindest eine Öffnung 9 des Rohres 4 in den Ringraum 8 gelangt. Dadurch, dass das Rohr 4 nur über den Teilabschnitt L1 aufgeschnitten wird, wird beim Injizieren des Bindemittels 10 an der Öffnung 9 ein derart hoher Druck erreicht, dass das Bindemittel 10 tief in den Ringraum 8 und das diesen umgebende Erdreich 3 eindringen kann. Als Bindemittel 10 können beispielsweise Zement oder Kunstharze, des Weiteren auch Wasserglas und Weichgele oder andere abdichtende Materialien verwendet werden. Das Einbringen des Bindemittels 10 erfolgt bei dem U-förmigen Rohr 4 im Umlauf-Injektionsverfahren, wobei das Bindemittel 10 durch den zweiten Rohrabschnitt 6 eingebracht wird und im Rückfluss an dem ersten Rohrabschnitt 5 wieder austritt. Bei einem nicht umlauffähigen Rohr 4, beispielsweise weil dieses teilweise beschädigt oder verstopft ist, würde das Einbringen des Bindemittels beispielsweise im Kontraktor-Injektionsverfahren erfolgen. Optional kann nach der letzten Wiederholung der Schritte b) und c) zunächst ein Wasserdrucktest des Rohrs 4 durchgeführt werden, wobei nur bei einem Wasserverlust oberhalb eines Grenzwerts über die Öffnung 9 das Bindemittel 10 in das Rohr 4 eingebracht wird.
In der Figur 8 ist ein weiterer Teilabschnitt L2 oberhalb des Teilabschnitts L1 bezeichnet, in dem sich weiterhin entfestigtes Material 11 in dem Ringraum 8 befindet. Die Verfahrensschritte a), b) und c) können daher wiederholt ausgeführt werden, wobei dann in Schritt a) zumindest eine weitere Öffnung in den weiteren Teilabschnitt L2 des Rohrs 4 oberhalb des zuvor bearbeiteten Teilabschnitts L1 eingebracht wird. Der Fachmann erkennt, dass das Verfahren über weitere Teilabschnitte durchführbar ist, wodurch die gesamte Länge der Erdreichbohrung 2 entsprechend saniert werden kann, beispielsweise indem die Verfahrensschritte a), b) und c) schrittweise von unten nach oben in weiteren Teilabschnitten wiederholt werden, sodass die jeweiligen Öffnungen beispielsweise in einem Abstand von 1,5 Meter eingebracht werden.

Bezugszeichenliste

2: Erdreichbohrung
3: Erdreich
4: Rohr
5: Erster Rohrabschnitt
6: Zweiter Rohrabschnitt
7: Umkehrabschnitt
8: Ringraum
9: Öffnung
10: Bindemittel
11: Entfestigtes Material, Thaumasit
12: Teilmenge
13: Schneidwerkzeug
14: Spreizwerkzeug
15: Anschluss
16: Anschluss
17: Gehäuse
18: Gehäuse
19: Schneide
20: Spreizschenkel
21: Kupplung
22: Kolben
23: Zylinder
24: Schneidschenkel
25: Schneidschenkel
26: Kolben
27: Zylinder
28: Federmittel
29: Schenkel
30: Ausnehmung
31: Ausnehmung
L: Längsachse
L1: Teilabschnitt
L2: Teilabschnitt
W1, W2: Winkel
D1, D2, D3: Abstand
T, W: Pfeil

Claims

Verfahren zur Sanierung einer Erdreich-Bohrung (2), in der zumindest ein Rohr (4) eingelassen ist, wobei zwischen dem zumindest einen Rohr (4) und der Bohrung (2) ein Ringraum (8) gebildet ist, in dem ein entfestigtes Material (11) enthalten ist, mit den folgenden Verfahrensschritten:
a) Einbringen zumindest einer Öffnung (9) in einen Teilabschnitt (L1) des Rohres (4) mittels eines in das Rohr (4) eingeführten Schneidwerkzeugs (13);

b) Aufweiten der Öffnung (9) mittels eines in das Rohr (4) eingeführten Spreizwerkzeugs (14), wobei zumindest eine Teilmenge (12) des entfestigten Materials (11) aus dem Ringraum (8) in das Rohr (4) gelangt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Öffnung (9) in das Rohr (4) mittels eines hydraulisch betätigbaren mechanischen Schneidwerkzeugs (13) bewerkstelligt wird, das in das Rohr (4) eingeführt wird, und/oder
dass das Aufweiten der Öffnung (9) mittels eines hydraulisch betätigbaren mechanischen Spreizwerkzeugs (14) bewerkstelligt wird, das in das Rohr (4) eingeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Verfahrensschritt:
c) Ausspülen des entfestigten Materials (11) aus dem Rohr (4) nach dem Schritt b) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ausspülen gemäß Schritt c) das Spreizwerkzeug (14) aus der Öffnung (9) entfernt wird, wobei die Öffnung wieder verkleinert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausspülen des entfestigten Materials (11) mit einem Spülmedium solange durchgeführt wird, bis ein Anteil des entfestigten Materials in dem Spülmedium unter einen vorgegebenen Wert sinkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b) und c) wiederholt ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (4) vor jeder Wiederholung der Schritte b) und c) mit Druckluft ausgeblasen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b) und c) wiederholt werden, bis bei dem Ausspülen gemäß Schritt c) mit einem Spülmedium ein Anteil des entfestigten Materials (11) in dem Spülmedium zu Beginn des Spülens unter einem vorgegebenen Wert liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der letzten Wiederholung der Schritte b) und c) ein Bindemittel (10) in das Rohr (4) eingebracht wird, wobei das Bindemittel (10) durch die zumindest eine Öffnung (9) des Rohres (4) in den Ringraum (8) gelangt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen des Bindemittels bei einem U-förmigen Rohr (4) mit einem ersten Rohrabschnitt (5), einem zweiten Rohrabschnitt (6) und einem Umkehrabschnitt (7), der den ersten Rohrabschnitt (5) mit dem zweiten Rohrabschnitt (6) verbindet, im Umlauf-Injektionsverfahren erfolgt, wobei das Bindemittel (10) durch einen der beiden Rohrabschnitte (5, 6) eingebracht wird und an dem anderen der beiden Rohrabschnitte (6, 5) wieder austritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der letzten Wiederholung der Schritte b) und c) ein Wasserdrucktest des Rohrs (4) durchgeführt wird, wobei nur bei einem Wasserverlust oberhalb eines Grenzwerts bei dem Wasserdrucktest gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12 das Bindemittel (10) in das Rohr (4) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte a), b) und c) wiederholt ausgeführt werden, wobei in einer Wiederholung von Schritt a) zumindest eine weitere Öffnung in einen weiteren Teilabschnitt (L2) oberhalb des Teilabschnitts (L1) des Rohrs (4) eingebracht wird.
Kombiniertes Werkzeug zum Einbringen und Aufweiten einer Öffnung (9) in einem Rohr (4), mit einem Schneidwerkzeug (13) und mit einem Spreizwerkzeug (14), wobei das Schneidwerkzeug und das Spreizwerkzeug entlang einer Längsachse (L) des Werkzeugs versetzt angeordnet und unabhängig voneinander betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet,
dass das Schneidwerkzeug (13) eine Schneide (19) zum Einbringen der Öffnung (9) in das Rohr (4) aufweist, die nur an einem Schneidschenkel (25) angeordnet ist, wobei ein Gegenschenkel (24) auf einer bezüglich der Längsachse (L) dem Schneidschenkel (25) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
Kombiniertes Werkzeug zum Einbringen und Aufweiten einer Öffnung (9) in einem Rohr (4), mit einem Schneidwerkzeug (13) und mit einem Spreizwerkzeug (14), wobei das Schneidwerkzeug und das Spreizwerkzeug entlang einer Längsachse (L) des Werkzeugs versetzt angeordnet und unabhängig voneinander betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet,
dass das Spreizwerkzeug (14) einen schwenkbar gelagerten Spreizschenkel (20) aufweist, der in einer ausgefahrenen Position zum Aufweiten der Öffnung (9) des Rohrs (4) um einem spitzen Winkel (W2) gegenüber der Längsachse (L) verschwenkt ist.
Verwendung eines kombinierten Werkzeugs zum Einbringen und Aufweiten einer Öffnung (9) in einem Rohr (4) bei einem Verfahren zur Sanierung einer Erdreich-Bohrung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
wobei das Werkzeug ein Schneidwerkzeug (13) und ein Spreizwerkzeug (14) aufweist, wobei das Schneidwerkzeug und das Spreizwerkzeug entlang einer Längsachse (L) des Werkzeugs versetzt angeordnet und unabhängig voneinander betätigbar sind.