EP4239162B1 - Bohranlage - Google Patents

Bohranlage

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Publication number
EP4239162B1
EP4239162B1 EP23000024.2A EP23000024A EP4239162B1 EP 4239162 B1 EP4239162 B1 EP 4239162B1 EP 23000024 A EP23000024 A EP 23000024A EP 4239162 B1 EP4239162 B1 EP 4239162B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drilling
designed
unit
subsoil
parameters
Prior art date
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Active
Application number
EP23000024.2A
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English (en)
French (fr)
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EP4239162A1 (de
Inventor
Thomas Heidler
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.)
H & E Bohrtechnik GmbH
Original Assignee
H & E Bohrtechnik GmbH
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 H & E Bohrtechnik GmbH filed Critical H & E Bohrtechnik GmbH
Publication of EP4239162A1 publication Critical patent/EP4239162A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4239162B1 publication Critical patent/EP4239162B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • E21B49/003—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells by analysing drilling variables or conditions
    • 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
    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions

Definitions

  • the necessary rotary motion and the superimposed feed motion, as well as the retraction motion in the case of a reaming hole, are generated by the drive assembly. This, as such, is also from the state of the art.
  • Technology preferably has at least one motor, a gearbox and a correspondingly solid frame.
  • the sensor unit according to the invention is designed to detect multiple parameters of a drilling process.
  • the sensor unit has a plurality of sensors. The parameters are detected by means of these sensors.
  • the parameters of the above-mentioned group are also referred to below as the parameters.
  • Sensors are understood to be all technical means that can be used to record the parameters.
  • the sensors can be arranged as additional modules on the relevant elements of the drilling mechanics unit. However, it is also possible for the sensors to already be integrated into the drilling mechanics unit, and the drilling mechanics unit to provide an interface through which the data from the sensors can be output and then further processed.
  • the sensors thus determine the process-critical parameters. These are primarily mechanical parameters.
  • the thrust or tensile force provides information about the axial force acting on the drill head against the ground during drilling advance, or about axial casing friction when withdrawing the drill rod, and thus allows conclusions to be drawn about the properties of the subsoil material, in particular the soil density or hardness. This also applies accordingly to the torque in conjunction with the speed.
  • Other sensors record additional parameters accordingly.
  • the amount of drilling emulsion and the drilling emulsion pressure applied can also be related to one another and to parameters, thus allowing more precise conclusions to be drawn about the properties of the subsoil material.
  • subsoil properties are also referred to below as subsoil properties or subsoil condition.
  • the key parameters for each drilling operation can be determined, although the strength and mechanics of the rock vary depending on the type of rock or soil. These parameters can usually be specified as setting values by the rig operator during operation of the drilling rig. The parameters are partly interrelated, so that, for example, a certain rotational speed and a certain advance rate result in a certain torque depending on the ground conditions—also depending on the amount of drilling emulsion and other factors.
  • the sensor unit is designed to provide the recorded parameters in a transferable manner so that they are available for further processing by the subsoil detection unit.
  • the subsoil detection unit according to the invention is connected to the sensor unit and receives the data from the sensors via this route.
  • the subsoil detection unit comprises, in particular, an evaluation unit.
  • the evaluation unit is preferably a computer.
  • the evaluation unit according to the invention is designed to evaluate the recorded parameters and provide an evaluation result.
  • both the absolute values of the individual parameters hereinafter referred to as absolute values, and their relative relationships to one another are used.
  • the more parameters are recorded and evaluated, the more different relationships and thus different relative values can be formed between the individual parameters.
  • an evaluation result is provided, for example, as a data set containing relative values and preferably both absolute values and relative values.
  • relative values are also related to one another so that derived relative values can also be formed and made available as part of the evaluation result.
  • derived relative values can be further related to parameter values so that derived relative values of second and further orders can also be formed.
  • Absolute values, relative values, and derived relative values of all orders are collectively referred to as the parameter values.
  • the evaluation unit is further designed to assign the evaluation result to a stored subsoil type.
  • the evaluation unit preferably has a storable database.
  • Multidimensional value ranges for parameter values such as absolute values, relative values, and derived relative values can be stored for different subsoil types.
  • a comparison module is used to compare the evaluation result with the value corridors, whereby if there is a match, the relevant subsoil type is assigned to the evaluation result.
  • the evaluation unit further comprises a data output unit configured to output the assigned subsoil type as a determined subsoil type.
  • a data output unit is understood to be any device configured to make a determined subsoil type recognizable to a system operator or for further technical processing.
  • the data output unit can therefore be, for example, a display, a monitor, an interface, or a memory, for example, for documenting a completed borehole.
  • the present invention is based on the surprising discovery that, by means of reliable subsoil detection, a significant improvement in the service life of a drilling rig, and in particular of the drilling tools such as the drill heads and drill rods, can be achieved with minimal effort. Furthermore, it was discovered that the generation of relative values and derived relative values, in particular, enables a high degree of assignment reliability.
  • Such operating processes include, in particular, the operation of the drilling rig with the aim of achieving certain operating states as well as tamper-proof documentation of a drilling process.
  • the effectiveness of the drilling can be increased, for example by better utilising the possible advance speeds specific to the subsoil type, reducing energy consumption to the required level and reducing wear and tear on plant components and consumption of drilling emulsion, for example.
  • Another important advantage is the objectivity of the subsoil assessment based on measurement data. Both the measurement data and the resulting subsoil types can be documented in a tamper-proof manner, thus providing a basis for, for example, cost calculations and wear assessments of the drilling rig.
  • the drilling rig is characterized in that the evaluation unit is designed to assign a drill head position to the determined subsoil type.
  • the precise geoposition data of the subsoil type can be assigned and documented. Another advantage is that this also provides information about the drill rods in sheath friction, allowing the torque component attributable to the drill head and the torque component attributable to sheath friction to be better expressed in the evaluation results, thus further increasing the reliability of the assignment.
  • the drilling rig is characterized in that the evaluation unit has a control module configured to assign a determined subsoil type to a stored operating scheme. Furthermore, the control module is configured to retrieve the assigned operating scheme as a determined operating scheme and, based on the determined operating scheme, to generate control commands that are transmitted to the drilling mechanism.
  • the Figure 1 describes the drilling rig 1 in a schematic representation of the basic structure.
  • the components of the system are housed in a system carrier, such as a transport container or similar.
  • the drilling rig 1 is driven by the drilling mechanics unit 2.
  • the drilling assembly 6 represents the tool that penetrates the subsoil 11 and creates a borehole.
  • the drilling emulsion unit 7 is connected here as an additional unit.
  • the drilling emulsion serves to smooth the subsoil 11, reduce friction and wear on the drilling assembly 6, and flush out the excavated soil in the subsoil 11.
  • sensors 8 are distributed across the drilling mechanism unit 2 and the drilling assembly 6.
  • the sensors 8 are mounted in such a way that they can directly determine the influencing variable to be measured.
  • the sensors 8 are combined as sensor unit 3.
  • a data connection is established to the evaluation unit 9 of the subsoil detection unit 4, where the evaluation unit 9 evaluates the sensor data.
  • the evaluation result is output via the data output unit 10, here designed as a monitor, and visually displayed for the system operator.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bohranlage mit Baugrunderkennung die ausgebildet ist, bei einer Erdbohrung den Baugrund zu analysieren.
  • Aus dem Stand der Technik sind Bohranlagen für Erdbohrungen in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Ein Bohrkopf wird an einem verlängerbaren Gestänge angebracht und mittels Rotation in das Erdreich eingebracht. Das Einbohren erfolgt über einen Antrieb, der das Bohrgestänge in rotierende Bewegungen versetzt. Eine derartige Bohranlage ist meist kompakt gestaltet, so dass diese transportabel ausgebildet werden kann. Erdlochbohrmaschinen können insbesondere für vertikale und für horizontale Bohrungen ausgebildet sein.
  • Es ist aus dem Stand der Technik ferner bekannt, insbesondere bei Horizontalbohrungen zur Unterstützung des Bohrvorgangs Bohremulsionen einzusetzen. Bohremulsionen ermöglichen es, den vor dem Bohrkopf liegenden Bereich des einzubringenden Bohrkanals aufzuweichen und damit die Schnittwirkung zu verbessern. Ferner wird das abgetragene Erdmaterial ausgeschwemmt und hierfür ein Ringspalt zwischen dem Bohrgestänge und dem Bohrkanal offengehalten, der zugleich die Mantelreibung zwischen dem Bohrgestänge und der Bohrkanalwandung reduziert, wobei die Bohremulsion zusätzlich als Schmierstoff wirkt. Bohremulsionen liegen insbesondere als eine Dispersion aus Wasser und Bentonit vor und können zudem Zuschlagstoffe aufweisen, wobei hier eine Abstimmung auf die Materialbeschaffenheit des Bohrgrunds erforderlich ist. Eine vorteilhafte Lösung zur materialbeschaffenheitsadaptiven Bereitstellung einer Bohremulsion ist beispielsweise durch DE 10 2017 002 336 A1 bekannt.
  • Die mechanischen Betriebsparameter wie Drehzahl, Eindringtiefe, Eindringtiefe je Umdrehung etc. können nach dem Stand der Technik in der Regel über die Maschine eingestellt werden. Ferner kann bei einer vorhandenen Vorrichtung zudem auch die Bohremulsion in ihrer Zusammensetzung anforderungsspezifisch zubereitet und zugeführt werden.
  • Üblich ist hierbei, dass die Einstellung der Betriebsparameter manuell durch den Anlagenbediener erfolgt. Nachteilig ist es hierbei insbesondere, dass die Entscheidungsbasis für die Einstellung der Betriebsparameter auf der Beurteilung und der hierfür erforderlichen Erfahrung des Anlagenbedieners oder auf zuvor durchgeführten Baugrundanalysen beruht. Nachteilig ist hierbei, dass Baugrundanalysen zeit- und kostenintensiv sind und in der Regel lediglich zu bestimmten Referenzabschnitten des zukünftigen Bohrkanals Aussagen bereitstellen.
  • Die Qualität einer Bohrung ist damit mit oder ohne Baugrundanalyse von der Erfahrung des Anlagenbedieners und somit von subjektiven Faktoren abhängig. Die Qualität einer Bohrung einschließlich des Zeitbedarfs, Energiebedarfs, des Verbrauchs an Bohremulsion und insbesondere die Beanspruchung und der Verschleiß der Bohranlage können damit nachteilig suboptimal vorliegen und stark schwanken.
  • Durch die US 11 078 785 B1 wird hierzu für Vertikalbohrungen ein Lösungsansatz beschrieben, dass anhand von früheren Bohrungen in einer Anlagensteuerung zunächst Daten den zu erwartenden Gesteinstypen hinterlegt werden. Anhand von erfassten Betriebszuständen erfolgt dann eine Identifikation des aktuell gebohrten Gesteinstyps, der dann nachfolgend einem hinterlegen Gesteinstyp zugeordnet wird. Hiernach werden dann die erfassten Betriebszustände automatisch nachjustiert.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bohranlage bereitzustellen, mit der Erdlochbohrungen effizient und in hoher Qualität erbracht werden können und die Lebensdauer der Anlage oder von Bauteilen der Anlage erhöht werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Bohranlage ist vorzugsweise als eine Horizontalbohranlage ausgebildet und weist als Grundkomponenten eine Bohrmechanikeinheit, eine Sensorikeinheit und eine Baugrunderkennungseinheit auf.
  • Die Bohranlage ist bevorzugt kompakt gestaltet, so dass diese leicht transportabel ist. Hierfür kann die Anlage beispielsweise direkt auf verschiedenen Fahrgestellen aufgebaut werden oder in genormten Frachtcontainern untergebracht sein.
  • Die Bohrmechanikeinheit weist in an sich bekannter Weise eine Antriebsbaugruppe, eine Bohrbaugruppe und eine Bohremulsionseinheit auf. Die Bohrmechanikeinheit umfasst insbesondere den Bohrkopf und das Bohrgestänge und dient unmittelbar dem mechanischen Abtragen des Erdreichs in Form eines Bohrlochs. Hierfür wird ein Bohrkopf mit einem verlängerbaren Gestänge in das Erdreich getrieben.
  • Der Bereich des Untergrundes, in den der Bohrkanal einzubringen ist, wird nachfolgend als Baugrund bezeichnet.
  • Vorzugsweise wird zunächst eine Pilotbohrung in einer Vorschubbewegung eingebracht. Die Pilotbohrung wird hierbei bis an eine Austrittöffnung an dem Zielpunkt geführt. Der Bohrkopf ist nun zugänglich und wird nun gegen einen Räumungsbohrkopf ausgewechselt, der für einen Baugrundabtrag in einer Räumungsbohrung ausgebildet ist und in der Regel einen größeren Durchmesser aufweist als der Bohrkopf für die Pilotbohrung. Nachfolgend wird die Räumungsbohrung durch eine Rückzugsbewegung unter gleichzeitiger rotierender Schneidbewegung des Räumungsbohrkopfs ausgeführt und so der Bohrkanal aufgeweitet.
  • Die dazu notwendige Drehbewegung und die überlagerte Vorschubbewegung sowie im Fall einer Räumungsbohrung der Rückzugsbewegung werden durch die Antriebsbaugruppe erzeugt. Diese ist als solche ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt und weist vorzugsweise mindestens einen Motor, ein Getriebe und ein entsprechend massives Gestell auf.
  • Die erfindungsgemäße Bohranlage ist insbesondere durch die Sensorikeinheit und die Baugrunderkennungseinheit gekennzeichnet.
  • Die erfindungsgemäße Sensorikeinheit ist zur Erfassung mehrerer Kenngrößen eines Bohrvorgangs ausgebildet. Hierfür weist die Sensorikeinheit eine Mehrzahl von Sensoren auf. Die Erfassung der Kenngrößen erfolgt mittels dieser Sensoren.
  • Die Sensorikeinheit ist hierbei zur Erfassung mehrerer Kenngrößen aus der nachfolgend aufgeführten Gruppe ausgebildet:
    • Schub-/Zugkraft
    • Drehmoment
    • Drehzahl
    • Vortriebsgeschwindigkeit
    • Bohrungsweg
    • Bohrungsneigung
    • Bohremulsionsmenge
    • Bohremulsionsdruck
  • Die Kenngrößen der genannten Gruppe werden nachfolgend auch verkürzt als die Kenngrößen bezeichnet.
  • Als Sensoren werden alle technischen Mittel verstanden, die zur Erfassung der Kenngrößen verwandt werden können. Die Sensoren können dabei als zusätzliche Baueinheiten an den betreffenden Elementen der Bohrmechanikeinheit angeordnet werden. Es ist aber auch möglich, dass die Sensoren bereits als integrierte Baueinheiten der Bohrmechanikeinheit vorliegen und die Bohrmechanikeinheit eine Schnittstelle bereitstellt, über die die Daten aus den Sensoren ausgegeben und dann weiterverarbeitet werden können.
  • Die Sensoren ermitteln somit die prozesswichtigen Kenngrößen. Hierbei handelt es sich insbesondere um mechanische Kenngrößen. So gibt beispielsweise die Schub- bzw. Zugkraft Aufschluss über die für einen Bohrvortrieb am Bohrkopf gegenüber dem Erdreich anliegende axiale Kraft oder über eine axiale Mantelreibung beim Ausziehen des Bohrgestänges und ermöglicht so einen Rückschluss auf Eigenschaften des Baugrundmaterials wie insbesondere die Bodendichte bzw. - härte. Dies gilt in entsprechender Weise auch für das Drehmoment in Verbindung mit der Drehzahl. Weitere der Sensoren nehmen entsprechend weitere Kennwerte auf. Auch die Bohremulsionsmenge und der hierbei aufgewandte Bohremulsionsdruck können zueinander in Beziehung sowie zu Kenngrößen in Beziehung gesetzt werden und lassen so genauere Rückschlüsse auf Eigenschaften des Baugrundmaterials zu.
  • Die Eigenschaften des Baugrundmaterials werden nachfolgend auch verkürzt als Baugrundeigenschaften oder Baugrundbeschaffenheit bezeichnet.
  • Mit Hilfe der Sensoren in der Sensoreinheit können damit die wichtigen Parameter für jeden Bohrvorgang ermittelt werden, wobei je nach Gesteins- bzw. Bodenart die Festigkeit und Gesteinsmechanik verschieden ist. Die Kenngrößen können in der Regel teilweise zugleich als Einstellwerte durch den Anlagenbediener bei der Betriebsführung der Bohranlage vorgeben werden. Hierbei stehen die Kenngrößen zueinander teilweise in zwangsläufiger Beziehung, so dass beispielsweise bei einer bestimmten Drehzahl und einer bestimmten Vortriebsgeschwindigkeit abhängig von den Baugrundeigenschaften - zugleich auch in Abhängigkeit von der Bohremulsionsmenge und anderen Faktoren - ein bestimmtes Drehmoment resultiert.
  • Weiterhin ist die Sensorikeinheit ausgebildet, die erfassten Kenngrößen übertragbar bereitzustellen, so dass diese für die weitere Verarbeitung durch die Baugrunderkennungseinheit zur Verfügung stehen.
  • Die erfindungsgemäße Baugrunderkennungseinheit ist mit der Sensorikeinheit verbunden und erhält über diesen Weg die Daten der Sensoren.
  • Die Baugrunderkennungseinheit weist insbesondere eine Auswertungseinheit auf. Bei der Auswertungseinheit handelt es sich vorzugsweise um einen Rechner.
  • Die erfindungsgemäße Auswertungseinheit ist ausgebildet, die erfassten Kenngrößen auszuwerten und ein Auswertungsergebnis bereitzustellen. Hierzu werden sowohl die absoluten Werte der einzelnen Kenngrößen, nachfolgend Absolutwerte genannt, als auch deren relative Verhältnisse als Relativwerte zueinander herangezogen. Je mehr Kenngrößen erfasst und ausgewertet werden, umso mehr unterschiedliche Beziehungen und damit unterschiedliche Relativwerte können zwischen den einzelnen Kenngrößen gebildet werden. Auf diese Weise wird ein Auswertungsergebnis beispielsweise als ein Datensatz bereitgestellt, der Relativwerte und vorzugsweise sowohl Absolutwerte als auch Relativwerte aufweist. Vorzugsweise werden zudem Relativwerte zueinander ins Verhältnis gesetzt, so dass zudem abgeleitete Relativwerte gebildet und als Teil des Auswertungsergebnisses zur Verfügung gestellt werden können. Zudem können weiterhin abgeleitete Relativwerte in weitere Beziehungen zu Kenngrößenwerten gesetzt werden, so dass auch abgeleitete Relativwerte zweiter und weiterer Ordnungen gebildet werden können. Absolutwerte, Relativwerte und abgeleitete Relativwerte aller Ordnungen werden zusammengefasst auch als die Kenngrößenwerte bezeichnet
  • Die Auswertungseinheit ist weiterhin ausgebildet, das Auswertungsergebnis einem hinterlegbaren Baugrundtyp zuzuordnen.
  • Hierfür weist die Auswertungseinheit vorzugsweise eine speicherbare Datenbasis auf. Für unterschiedliche Baugrundtypen können hier mehrdimensionale Wertekorridore für Kenngrößenwerte wie Absolutwerte, Relativwerte und abgeleitete Relativwerte hinterlegt werden.
  • Mittels eines Vergleichsmoduls erfolgt ein Vergleich zwischen dem Auswertungsergebnis und den Wertekorridoren, wobei bei einer Übereinstimmung der betreffende Baugrundtyp dem Auswertungsergebnis zugeordnet wird.
  • Die Auswertungseinheit weist ferner eine Datenausgabeeinheit auf die ausgebildet ist, den zugeordneten Baugrundtyp als einen ermittelten Baugrundtyp auszugeben. Als Datenausgabeeinheit wird jede Einrichtung verstanden, die dafür ausgebildet ist, einen ermittelten Baugrundtyp für einen Anlagenbediener oder für eine weitere technische Verarbeitung erkennbar zu machen. Bei der Datenausgabeeinheit kann es sich daher beispielsweise um ein Display, einen Monitor, eine Schnittstelle oder einen Speicher, beispielsweise für eine Dokumentation einer durchgeführten Bohrung, handeln.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt zu Grunde dass überraschend gefunden wurde, dass mittels einer zuverlässigen Baugrunderkennung mit geringem Aufwand eine wesentliche Verbesserung der Lebensdauer einer Bohranlage und insbesondere der Bohrwerkzeuge wie den Bohrköpfen und den Bohrgestängen erreicht werden kann. Hierbei wurde zudem gefunden, dass insbesondere die Bildung von Relativwerten und abgeleiteten Relativwerten eine hohe Zuordnungszuverlässigkeit ermöglicht.
  • Mit dem erkannten Baugrundtyp steht ein Schema zur Baugrundbeschaffenheit bereit, das eine breite Informationsbasis aggregieren und für weitere Betriebsprozesse zur Verfügung stellen kann.
  • Als solche Betriebsprozesse werden insbesondere die Betriebsführung der Bohranlage mit dem Ziel bestimmter Betriebszustände wie auch eine manipulationssichere Dokumentation eines Bohrvorgangs verstanden.
  • Ausgehend von einem erkannten Bohrgrundtyp kann dem Anlagenbediener ein Musterbetriebsschema zur Verfügung gestellt werden, das als Orientierungshilfe dient und das die Wahrscheinlichkeit einer suboptimalen Betriebsführung wesentlich verringert. Zugleich werden die fachlichen Anforderungen an das Personal reduziert, so dass auch weniger erfahrene Anlagenbediener eine Bohranlage bedienen können.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Effektivität der Bohrung erhöht werden kann, indem beispielsweise die baugrundtypspezifischen möglichen Vortriebsgeschwindigkeiten besser ausgeschöpft, der Energieverbrauch auf das erforderliche Maß reduziert und der Verschleiß von Anlagenteilen und Verbrauch beispielsweise an Bohremulsion reduziert werden kann.
  • Ein wichtiger Vorteil ist zudem die Objektivität der Beurteilung des Baugrunds anhand von Messdaten. Sowohl die Messdaten als auch die ausgegebenen Baugrundtypen können manipulationssicher dokumentiert werden und somit eine Grundlage beispielsweise für eine Kostenberechnung als auch für eine Verschleißbeurteilung der Bohranlage sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Bohranlage dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit ausgebildet ist, dem ermittelten Baugrundtyp eine Bohrkopfposition zuzuordnen.
  • Anhand der Bohrkopfposition lassen sich somit die exakten Geopositionsdaten des Baugrundtyps zuordnen und dokumentieren. Weiterhin besteht der Vorteil, dass damit auch eine Information über die in Mantelreibung befindlichen Bohrgestänge vorliegt, so dass der Drehmomentanteil der auf den Bohrkopf und der Drehmomentanteil, der auf die Mantelreibung entfällt, besser in dem Auswertungsergebnis ausgedrückt werden kann und so die Zuordnungszuverlässigkeit weiter erhöht werden kann.
  • Gemäß einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung ist die Bohranlage dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik ein GPS-Modul aufweist, mit dem Geopositionsdaten bereitstellbar sind und die Auswertungseinheit ausgebildet ist, die Geopositionsdaten auszuwerten.
  • Mit Hilfe der Geopositionsdaten kann ein Baugrundkataster erstellt werden. So kann ein Bohrgebiet mit seinen örtlich erkannten Baugrundbeschaffenheiten in der Datenbank gespeichert werden. Somit können die Daten zur Baugrundbeschaffenheit aus der Datenbank anhand der Geoposition auch für eventuelle spätere Anwendungen wie weiteren Bohrungen oder auch für Baumaßnahmen ausgelesen werden.
  • Umgekehrt können zudem etwa bereits zur Verfügung stehende Daten zur Baugrundbeschaffenheit einem Auswertungsergebnis zugeordnet und für eine Baugrundtyperkennung verwandt oder zusätzlich zu einem erkannten Baugrundtyp zur Plausibilitätsprüfung ausgegeben werden.
  • Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Bohranlage dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit ein Steuerungsmodul aufweist, das ausgebildet ist, einen ermittelten Baugrundtyp einem hinterlegbaren Betriebsschema zuzuordnen. Weiterhin ist das Steuerungsmodul ausgebildet, das zugeordnete Betriebsschema als ermitteltes Betriebsschema abzurufen und anhand des ermittelten Betriebsschemas Steuerbefehle zu erzeugen, die an die Bohrmechanik übertragen werden.
  • Hierfür ist vorzugsweise in dem Datenbankmodul zu den Baugrundtypen ein Betriebsschemadatensatz zugeordnet, in dem Soll-Betriebszustände, insbesondere Parameter, wie beispielsweise:
    • Schub-/Zugkraft
    • Drehmoment
    • Drehzahl
    • Vortriebsgeschwindigkeit
    • Bohremulsionsmenge
    • Bohremulsionszusammensetzung (Zuschlagsrezepturen)
    • Bohremulsionsdruck
    hinterlegt sind.
  • Die Steuerungseinheit steuert und regelt dann die Bohrmechanik vorzugsweise ähnlich einer Computer-Programmierbaren-Steuerung, basierend auf einer Mikroprozessor-Einheit.
  • Vorteilhaft kann auf diese Weise eine halbautomatische oder automatische Betriebsführung der Bohranlage erfolgen. Die Bohranlage wird dann automatisiert gesteuert und geregelt, wobei optional ein manueller Eingriff möglich bleiben kann.
  • Weiterhin ermöglicht dies, wenn kein eindeutiger Baugrund oder kein Betriebsschema dem aktuellen Bohrvorgang zuordenbar ist, dass an das Bedienpersonal die Anweisung zur manuellen Anlageführung ausgegeben werden kann.
  • In einer weiteren Weiterbildung ist die Anlage selbstlernend ausgebildet, basierend auf einem neuronalen Netzwerk, das der Steuerung eine künstliche Intelligenz hinzufügt. So kann die Auswertungseinheit bei einer manuellen Anlagenführung ein Betriebsschema fortentwickeln. Bei der nächsten vergleichbaren Bohrung kann so auf die verbesserten Daten zugegriffen werden.
  • Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
    Fig. 1 schematische Darstellung des Bohranlagenaufbaus
    näher erläutert.
  • Die Figur 1 beschreibt die Bohranlage 1 in einer schematischen Darstellung des grundlegenden Aufbaus.
  • Die Komponenten der Anlage sind in diesem Ausführungsbeispiel in einem Anlagenträger, wie beispielsweise einem Transportcontainer oder Ähnlichem untergebracht. Angetrieben wird die Bohranlage 1 durch die Bohrmechanikeinheit 2. Hierfür besteht diese aus einer Antriebsbaugruppe 5 und der angeschlossenen Bohrbaugruppe 6. Die Bohrbaugruppe 6 stellt das Werkzeug dar, dass in den Baugrund 11 eindringt und ein Bohrloch erzeugt.
  • Als weitere Einheit ist hier die Bohremulsionseinheit 7 angeschlossen. Die Bohremulsion dient der Ausweichung des Baugrunds 11, der Reibungs- und Verschleißminderung an der Bohrbaugruppe 6 und dem Ausschwemmen des abgetragenen Erdreichs im Baugrund 11.
  • An der Bohrmechanikeinheit 2 und der Bohrbaugruppe 6 sind mehrere Sensoren 8 verteilt angeordnet. Die Sensoren 8 sind so angebracht, dass diese die zu messende Einflussgröße direkt ermitteln können. Die Sensoren 8 sind als Sensorikeinheit 3 zusammengefasst.
  • Von hier aus besteht eine Datenverbindung zur Auswertungseinheit 9 der Baugrunderkennungseinheit 4, wobei die Auswertungseinheit 9 die Sensordaten auswertet. Das Auswertungsergebnis wird mittels der Datenausgabeeinheit 10, hier ausgebildet als ein Monitor, ausgegeben und visuell für den Anlagenbediener angezeigt.
  • Ferner weist die Auswertungseinheit 9 der Baugrunderkennungseinheit 4 ein Steuerungsmodul 12 auf. Das Steuerungsmodul 12 weist einen Speicher auf, mit dem für mehrere Baugrundtypen ein Betriebsschema hinterlegt ist. Das betreffende Betriebsschema wird abgerufen, sobald ein bestimmter Baugrundtyp detektiert wurde. Aus dem abgerufenen Betriebsschema werden Steuerbefehle erzeugt, die die Betriebszustände der Bohrmechanikeinheit 2 und der Bohremulsionseinheit 7, beispielsweise die Drehzahl, die Vorschubkraft und die Bohremulsionsmenge und die Bohremulsionszusammensetzung steuern.
    • Verwendete Bezugszeichen
    • 1
    Bohranlage
    2
    Bohrmechanikeinheit
    3
    Sensorikeinheit
    4
    Baugrunderkennungseinheit
    5
    Antriebsbaugruppe
    6
    Bohrbaugruppe
    7
    Bohremulsionseinheit
    8
    Sensoren
    9
    Auswertungseinheit
    10
    Datenausgabeeinheit
    11
    Baugrund
    12
    Steuerungsmodul

Claims (3)

  1. Bohranlage (1),
    aufweisend eine Bohrmechanikeinheit (2), eine Sensorikeinheit (3) und eine Bohrgrunderkennungseinheit (4),
    wobei die Bohrmechanikeinheit (2) eine Antriebsbaugruppe (5), eine Bohrbaugruppe (6) und eine Bohremulsionseinheit (7) aufweist,
    wobei die Sensorikeinheit (3) mehrere Sensoren (8) aufweist und ausgebildet ist zur Erfassung mehrerer Kenngrößen eines Bohrvorgangs mittels der Sensoren (8) aus der Gruppe:
    - Schub-/Zugkraft
    - Drehmoment
    - Drehzahl
    - Vortriebsgeschwindigkeit
    - Bohrungsweg
    - Bohrungsneigung
    - Bohremulsionsmenge
    - Bohremulsionsdruck
    sowie ausgebildet ist, die erfassten Kenngrößen übertragbar bereitzustellen, wobei die Baugrunderkennungseinheit (4) mit der Sensorikeinheit (3) verbunden ist und eine Auswertungseinheit (9) aufweist und ausgebildet ist, die erfassten Kenngrößen auszuwerten, ein Auswertungsergebnis bereitzustellen und das Auswertungsergebnis einem hinterlegbaren Baugrundtyp zuzuordnen,
    und wobei die Auswertungseinheit (9) eine Datenausgabeeinheit (10) aufweist die ausgebildet ist, den zugeordneten Baugrundtyp als einen ermittelten Baugrundtyp auszugeben
    wobei die Auswertungseinheit (9) ein Steuerungsmodul (12) aufweist, das ausgebildet ist, einem ermittelten Baugrundtyp ein hinterlegbares Betriebsschema zuzuordnen,
    wobei das Steuerungsmodul (12) weiterhin ausgebildet ist, das zugeordnete Betriebsschema als ermitteltes Betriebsschema abzurufen und das ausgebildet ist, anhand des ermittelten Betriebsschemas Steuerbefehle zu erzeugen und an die Bohrmechanik zu übertragen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Betriebsschema eine Bohremulsionszusammensetzungsrezeptur aufweist.
  2. Bohranlage (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Auswertungseinheit (9) ausgebildet ist, dem ermittelten Baugrundtyp eine Bohrkopfposition zuzuordnen.
  3. Bohranlage (1) nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Sensorik ein GPS-Modul aufweist, mit dem Geopositionsdaten bereitstellbar sind und die Auswertungseinheit (9) ausgebildet ist, die Geopositionsdaten auszuwerten.
EP23000024.2A 2022-03-03 2023-02-20 Bohranlage Active EP4239162B1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202022000547.4U DE202022000547U1 (de) 2022-03-03 2022-03-03 Bohranlage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP4239162A1 EP4239162A1 (de) 2023-09-06
EP4239162B1 true EP4239162B1 (de) 2025-08-27

Family

ID=86990222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23000024.2A Active EP4239162B1 (de) 2022-03-03 2023-02-20 Bohranlage

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4239162B1 (de)
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