WO2003080988A2 - Drill head and method for controlled horizontal drilling - Google Patents

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WO2003080988A2
WO2003080988A2 PCT/EP2003/003202 EP0303202W WO03080988A2 WO 2003080988 A2 WO2003080988 A2 WO 2003080988A2 EP 0303202 W EP0303202 W EP 0303202W WO 03080988 A2 WO03080988 A2 WO 03080988A2
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drilling
transmitter
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Elmar Koch
Meinolf Rameil
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Tracto- Technik Gmbh
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    • 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
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/046—Directional drilling horizontal drilling
    • 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
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    • E21B47/02—Determining slope or direction
    • E21B47/022—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism
    • E21B47/0228—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism using electromagnetic energy or detectors therefor
    • 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
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/09—Locating or determining the position of objects in boreholes or wells, e.g. the position of an extending arm; Identifying the free or blocked portions of pipes

Definitions

  • the invention relates to a drill head and a method for controllable horizontal drilling.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a possibility of capturing the surroundings of a drill head for controllable horizontal drilling as precisely as possible.
  • a drill head for controllable horizontal drilling which has an impulse transmitter or wave transmitter and a wave receiver.
  • the arrangement of the wave transmitter and wave receiver on the drill head has the advantage that the detection takes place directly from the ground and thus the exploration of the surroundings in front of the drill head is much more precise than from the surface of the earth.
  • a radar transmitter or receiver is preferably used; pulse radar is particularly preferably used.
  • the invention for the use of radar is to be described below without being limited thereto.
  • the use of radar from the ground out of the boring head being driven enables in particular the use of higher frequencies than for examinations from the earth's surface. Although these higher frequencies have a lower penetration depth, they achieve a higher resolution of the ground.
  • the large penetration depths of several meters are not absolutely necessary for direct installation in the drill head, since it is not necessary to penetrate the soil above the course of the drill line, but only the area in front of the drill head can be explored.
  • use in highly conductive layers is also possible, since the layer thickness to be penetrated is less than when using the surface. This results in a very high resolution of the area in front of the drill head and thus a much more precise detection of the subsurface than is possible from the surface of the earth.
  • a radar pulse transmitter and receiver is arranged on the drill head of a horizontal drilling system, for example installed in the latter.
  • An electromagnetic pulser in the transmission antenna or antennas can serve as the source for the radar pulses emitted.
  • the radar signals emitted wave out in the underground and are reflected by structures or obstacles in the ground.
  • the receiving antenna measures the transit times and amplitudes of the electric field strength.
  • the transmitter and receiver are preferably arranged in the front area of the drill head, so that in particular the pulses are emitted in the direction of advance of the bore. This advantageously has the effect that the earth area (apron area) located in front of the drill head is precisely explored and specifically recorded. This advantageously enables a much higher resolution and thus the accuracy of the detection of the soil in front of the drill head.
  • the transmitter and receiver can be combined in one component. This offers advantages in terms of installing the unit in the drill head.
  • the penetration depth of the radar depends on the frequency of the antenna used, the physical parameters of the subsurface and other conditions. In an embodiment with antennas of different frequencies, resolutions of different depths can therefore advantageously be achieved. Depending on the frequency selected, either greater depths of penetration or more precise resolutions can be achieved.
  • the penetration depth should preferably be more than one meter, particularly preferably one to several meters, in order to be able to reverse any obstacles at an early stage.
  • Frequency ranges to be used preferably according to the invention che are approximately 300 to 1200 MHz, particularly preferably approximately 700 to 1000 MHz.
  • an antenna set with antennas of different frequencies is assigned to the drill head according to the invention.
  • it can advantageously be chosen which antenna is best suited for which soil. It is therefore advantageous to arrange the radar pulse transmitter and receiver unit so that they are easily accessible on the drill head in order to ensure a quick and effortless exchange of the antennas.
  • the antenna is particularly preferably provided in an extension spur, preferably an extension spur arranged on the drill head front or drill head nose.
  • the received data is transmitted to a storage and evaluation device by means of a cable line which is guided in the drill pipe.
  • the cable routing in the drill pipe has the advantage that it is guided protected against mechanical damage.
  • the storage and evaluation device is preferably a computer which stores the received data and, if necessary, processes it.
  • the data obtained can be displayed graphically in the form of a radar program.
  • the memory and evaluation device can be connected to a monitor, so that the generated data can be easily checked.
  • Wireless data transmission through the ground is also possible according to the invention.
  • the necessary electrical power can then be provided by a battery or a generator driven by the flushing.
  • the data evaluation takes place successively with the drilling progress, so that a direct feedback to the control station of the drilling system takes place. So can in terms of control technology, they are immediately reacted to current underground conditions.
  • a particular advantage of the present invention lies in the acquisition of a spatial image of the soil and the structures which may run in the soil and which are located in the vicinity of the planned drill route. Necessary safety distances to obstacles such as cables, pipelines, wall structures, or upcoming difficulties in the subsoil can be recognized in good time and dealt with or dealt with with the necessary tunneling parameters. This makes it possible for the first time to specifically control, steer and counter-react to the background, and property damage, open excavations or the like can be avoided in an advantageous manner.
  • the invention is therefore of particular advantage in trench technology, in particular in the course-controlled horizontal drilling technology and trenchless line laying.
  • markers are laid out on the surface of the earth which reflect the waves emitted by the drill head.
  • markers made of dielectric materials are preferably laid out on the surface of the earth. These are preferably designed like a mat or tarpaulin, so that they can also be rolled up and transported, for example in a space-saving manner, and only rolled out at the drilling point.
  • This has the advantage that a particularly good radar reflector assignment of the detection area is possible upwards. This advantageously enables the space to be captured to be limited.
  • the invention also provides a method in which a drill head according to the invention is used to determine the surroundings of the drill head, in particular the area directly in front of the drill head, with a high resolution.
  • a spatial orientation of the drill head is also possible. If the position of the marker is exactly known, the exact position of the drill head in the subsurface can be calculated from the running time of the waves up to the marker and back. Thus, the installation of a radar transmitter and receiver unit can also serve as a location system for the drill head.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the operation of the drill head according to the invention.
  • FIG. 1 shows a horizontal drilling rig with a carriage 1, which is located on the earth's surface 2. This one with a rotary and
  • the drill head 4 has already been introduced into the soil 5 via a starting pit 3.
  • the drill head is a steerable inclined surface drill head.
  • a radar transmitter and receiver unit 7 is arranged in the front area 6 of the drill head 4 and transmits radar pulses 8 in the direction of advance of the drill head identified by an arrow 9.
  • the transmitted radar signals 8 propagate in a wave-like manner and are reflected on obstacles 10 and picked up by the receiver unit arranged in the transmitting and receiving device 7.
  • the data is transferred using a
  • the data becomes too transferred to a storage and evaluation device 13.
  • the evaluation of the recorded data takes place successively with the drilling progress, so that a direct feedback to the control station of the drilling rig can take place.
  • a spatial image of the soil in front of the drilling head 4 can be created, wherein elements and structures, such as the obstacle 10 shown, can be detected in the subsurface at the same time.
  • the targeted radar detection enables the surroundings of the planned course of the drill route to be determined precisely and, if necessary, necessary safety clearances to any obstacles or upcoming difficulties in the subsurface can be reversed or the drilling parameters can be adapted to the subsurface conditions.
  • plate-like or mat-like markers made of dielectric materials can be laid out on the earth's surface 2. This enables a particularly good radar-reflective assignment of the detection space upwards through the limitation given by the markers.

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Abstract

The invention relates to a drill head (14) for controlled horizontal drilling, by means of which the region of the ground (5) in front of the drill head can be determined. According to the invention, the drill head comprises a wave transmitter (7) and a wave receiver (7). The above has the advantage that the recording of the region in front of the drill head is carried out directly in the ground and the determination of the surroundings in front of the drill head can be carried out with high resolution.

Description

TRACTO-TECHNIK GmbH TRACTO-TECHNIK GmbH
Reiherstraße 2, 57368 LennestadtReiherstraße 2, 57368 Lennestadt
"Bohrkopf und Verfahren für das steuerbare Horizontalbohren""Drilling head and method for controllable horizontal drilling"
Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf und ein Verfahren für das steuerbare Horizontal bohren.The invention relates to a drill head and a method for controllable horizontal drilling.
Beim Bohren im Untergrund, insbesondere bei der verlaufsgesteuerten Hori- zontaibohrtechnik und beim grabenlosen Leitungsverlegen, besteht das Problem, daß der Untergrundbereich unbekannt ist. In Unkenntnis der im Untergrund vorhandenen natürlichen und künstlichen Barrieren, wie beispielsweise Kabel, Rohrleitungen, Felsen, Mauerwerk, Schuttauffüllungen und anderen Hindernissen, kommt es immer wieder zu Beschädigungen der vor- handenen unterirdischen Strukturen oder der Bohrköpfe. Dies führt dazu, daß die Arbeit abgebrochen werden muß und offene Aufgrabungen oder Neubohrungen erforderlich werden. Ferner müssen die Beschädigungen an beispielsweise Rohrleitungen, Kanälen und Kabeln ersetzt werden. Dies hat zur Folge, daß Bauarbeiten verzögert werden können und kostenintensiver werden und Sachstände beschädigt bzw. zerstört werden.When drilling underground, in particular with the course-controlled hori- zontai drilling technique and when trenchless laying of pipes, there is the problem that the underground area is unknown. In ignorance of the natural and artificial barriers present in the underground, such as cables, pipelines, rocks, masonry, fillings of rubble and other obstacles, the existing underground structures or the drill heads are repeatedly damaged. This means that the work has to be stopped and open excavations or new drilling become necessary. Furthermore, the damage to, for example, pipes, ducts and cables must be replaced. The consequence of this is that construction work can be delayed and become more cost-intensive, and the state of affairs damaged or destroyed.
Um dieses Problem zu umgehen, besteht die Möglichkeit, z.B. eine Geora- darmessung von der Erdoberfläche aus durchzuführen. Dieses Verfahren wird in der Baupraxis jedoch, wenn überhaupt, nur äußerst selten eingesetzt. Diese Technik hat ferner den Nachteil, daß nur eine grobe Hindernisortung im Untergrund möglich ist. Querende Strukturen im Untergrund sind nur zweidimensional erkennbar. Ferner haben die Georadarmessungen den Nachteil, daß ihre Funktionalität stark von der jeweiligen Erdbodenbeschaf- fenheit abhängt. So sind sinnvolle Messungen nur in Meßgebieten ohne oberflächennahe, gut leitende Schichten (Silte, Tone u.a.) möglich. Dies führt zu einer Auflösungsbeeinträchtigung bis hin zu einer erheblichen Einschränkung der Anwendbarkeit dieses Verfahrens.In order to avoid this problem, it is possible, for example, to carry out a georama measurement from the surface of the earth. However, this method is used very rarely, if at all, in construction practice. This technique also has the disadvantage that only a rough location of obstacles in the ground is possible. Crossing structures in the underground can only be recognized in two dimensions. Furthermore, the georadar measurements have the disadvantage that their functionality is strongly dependent on the depends on. Meaningful measurements are only possible in measuring areas without well-conductive layers close to the surface (Silte, Tone etc.). This leads to an impairment of the resolution up to a considerable limitation of the applicability of this method.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit bereit zu stellen, die Umgebung eines Bohrkopfes für das steuerbare Horizontalbohren möglichst genau zu erfassen.The present invention is therefore based on the object of providing a possibility of capturing the surroundings of a drill head for controllable horizontal drilling as precisely as possible.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Bohrkopf für das steuerbare Horizontalbohren, welcher einen Impulssender bzw. Wellensender und einen Wellenempfänger aufweist. Die Anordnung des Wellensenders und Wellenempfängers am Bohrkopf hat den Vorteil, daß die Erfassung direkt aus dem Erdreich heraus erfolgt und somit die Erkundung der Umgebung vor dem Bohrkopf um ein vielfaches genauer ist als von der Erdoberfläche aus.This object is achieved according to the invention by a drill head for controllable horizontal drilling, which has an impulse transmitter or wave transmitter and a wave receiver. The arrangement of the wave transmitter and wave receiver on the drill head has the advantage that the detection takes place directly from the ground and thus the exploration of the surroundings in front of the drill head is much more precise than from the surface of the earth.
Vorzugsweise wird erfindungsgemäß ein Radarsender bzw. -empfänger eingesetzt, besonders bevorzugt wird Impulsradar eingesetzt. Nachfolgend soll die Erfindung für den Einsatz von Radar beschrieben werden, ohne darauf begrenzt zu sein. Der Radareinsatz aus dem Erdreich heraus aus dem im Vortrieb befindlichen Bohrkopf ermöglicht insbesondere den Einsatz von höheren Frequenzen als bei Untersuchungen von der Erdoberfläche aus. Diese höheren Frequenzen besitzen zwar eine geringere Eindringtiefe, errei- chen dafür aber eine höhere Auflösung des Bodens. Die großen Eindringtiefen von mehreren Metern sind bei einem direkten Einbau im Bohrkopf nicht unbedingt erforderlich, da es nicht notwendig ist, daß Erdreich über dem Bohrtrassenverlauf zu durchdringen, sondern nur der vor dem Bohrkopf liegende Bereich erkundet werden kann. Weiterhin ist auch der Einsatz in gut leitenden Schichten möglich, da die zu durchdringende Schichtdicke geringer ist, als bei dem Einsatz von der Oberfläche aus. Somit erreicht man eine sehr hohe Auflösung der Umgebung vor dem Bohrkopf und damit eine wesentlich genauere Erkennung des Untergrundes, als dies von der Erdoberfläche aus möglich ist.According to the invention, a radar transmitter or receiver is preferably used; pulse radar is particularly preferably used. The invention for the use of radar is to be described below without being limited thereto. The use of radar from the ground out of the boring head being driven enables in particular the use of higher frequencies than for examinations from the earth's surface. Although these higher frequencies have a lower penetration depth, they achieve a higher resolution of the ground. The large penetration depths of several meters are not absolutely necessary for direct installation in the drill head, since it is not necessary to penetrate the soil above the course of the drill line, but only the area in front of the drill head can be explored. Furthermore, use in highly conductive layers is also possible, since the layer thickness to be penetrated is less than when using the surface. This results in a very high resolution of the area in front of the drill head and thus a much more precise detection of the subsurface than is possible from the surface of the earth.
Erfindungsgemäß wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Radarimpulssender und -empfänger am Bohrkopf einer Horizontalbohranlage angeordnet, beispielsweise in diesen eingebaut. Als Quelle für die ausgesendeten Radarimpulse kann ein elektromagnetischer Pulser in der oder den Sendeantennen dienen. Die ausgesandten Radarsignale breiten sich im Untergrund wellenartig aus und werden von Strukturen oder Hindernissen im Erdreich reflektiert. Die Empfangsantenne mißt die Laufzeiten und Amplituden der elektrischen Feldstärke. Vorzugsweise werden Sender und Empfänger im vorderen Bereich des Bohrkopfes angeordnet, so daß insbesondere die Abstrahlung der Impulse in Vortriebsrichtung der Bohrung erfolgt. Dies bewirkt in vorteilhafter Weise, daß der vor dem Bohrkopf befindliche Erdbereich (Vorfeldbereich) genau erkundet und gezielt erfaßt wird. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine viel höhere Auflösung und damit Erkennungsgenauigkeit des Erdreichs vor dem Bohrkopf ermöglicht.According to the invention, according to a preferred embodiment, a radar pulse transmitter and receiver is arranged on the drill head of a horizontal drilling system, for example installed in the latter. An electromagnetic pulser in the transmission antenna or antennas can serve as the source for the radar pulses emitted. The radar signals emitted wave out in the underground and are reflected by structures or obstacles in the ground. The receiving antenna measures the transit times and amplitudes of the electric field strength. The transmitter and receiver are preferably arranged in the front area of the drill head, so that in particular the pulses are emitted in the direction of advance of the bore. This advantageously has the effect that the earth area (apron area) located in front of the drill head is precisely explored and specifically recorded. This advantageously enables a much higher resolution and thus the accuracy of the detection of the soil in front of the drill head.
Gemäß einer vorteilhafteren Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann der Sender und Empfänger in einem Bauteil zusammengefaßt sein. Dies bietet Vorteile hinsichtlich des Einbaus der Einheit in den Bohrkopf.According to an advantageous development of the present invention, the transmitter and receiver can be combined in one component. This offers advantages in terms of installing the unit in the drill head.
Die Eindringtiefe des Radars hängt von der Frequenz der jeweils verwende- ten Antenne, der physikalischen Parameter des Untergrundes sowie weiteren Bedingungen ab. Bei einer Ausführungsform mit Antennen verschiedener Frequenzen lassen sich daher in vorteilhafter Weise unterschiedlich tiefe Auflösungen erreichen. Je nach Wahl der Frequenz lassen sich somit entweder größere Eindringtiefen oder genauere Auflösungen erzielen. Vor- zugsweise sollte die Eindringtiefe mehr als einen Meter betragen, besonders bevorzugt ein bis mehrere Meter, um frühzeitig etwaige Hindernisse umsteuern zu können. Erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzende Frequenzberei- che liegen bei ca. 300 bis 1200 MHz, besonders bevorzugt bei ca. 700 bis 1000 MHz.The penetration depth of the radar depends on the frequency of the antenna used, the physical parameters of the subsurface and other conditions. In an embodiment with antennas of different frequencies, resolutions of different depths can therefore advantageously be achieved. Depending on the frequency selected, either greater depths of penetration or more precise resolutions can be achieved. The penetration depth should preferably be more than one meter, particularly preferably one to several meters, in order to be able to reverse any obstacles at an early stage. Frequency ranges to be used preferably according to the invention che are approximately 300 to 1200 MHz, particularly preferably approximately 700 to 1000 MHz.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist dem erfindungsgemäßen Bohr- köpf ein Antennensatz mit Antennen verschiedener Frequenzen zugeordnet. Dadurch kann in vorteilhafter Weise gewählt werden, welche Antenne für welchen Boden am besten geeignet ist. Es ist daher vorteilhaft, die Radarimpulssende- und Empfangseinheit leicht zugänglich am Bohrkopf anzuordnen, um einen schnellen und mühelosen Austausch der Antennen zu gewährlei- sten. Besonders bevorzugt ist die Antenne in einem Verlängerungssporn, vorzugsweise eines an der Bohrkopffront oder Bohrkopfnase angeordneten Verlängerungssporn, vorgesehen.According to an advantageous development, an antenna set with antennas of different frequencies is assigned to the drill head according to the invention. As a result, it can advantageously be chosen which antenna is best suited for which soil. It is therefore advantageous to arrange the radar pulse transmitter and receiver unit so that they are easily accessible on the drill head in order to ensure a quick and effortless exchange of the antennas. The antenna is particularly preferably provided in an extension spur, preferably an extension spur arranged on the drill head front or drill head nose.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung erfolgt die Übertragung der empfangenen Daten mittels einer im Bohrgestänge geführten Kabelleitung zu einem Speicher- und Auswertungsgerät. Die Kabelverlegung im Bohrgestänge bietet den Vorteil, daß diese vor mechanischen Beschädigungen geschützt geführt wird. Das Speicher- und Auswertegerät ist vorzugsweise ein Rechner, welcher die empfangenen Daten spei- chert und gegebenenfalls prozessiert. Die gewonnen Daten können graphisch in Form eines Radargrammes dargestellt werden. Dazu kann das Speicher und Auswertgerät an einen Monitor angeschlossen sein, wodurch die generierten Daten einfach kontrolliert werden können.According to an advantageous development of the present invention, the received data is transmitted to a storage and evaluation device by means of a cable line which is guided in the drill pipe. The cable routing in the drill pipe has the advantage that it is guided protected against mechanical damage. The storage and evaluation device is preferably a computer which stores the received data and, if necessary, processes it. The data obtained can be displayed graphically in the form of a radar program. For this purpose, the memory and evaluation device can be connected to a monitor, so that the generated data can be easily checked.
Ebenfalls erfindungsgemäß möglich ist eine drahtlose Datenübertragung durch das Erdreich. Die notwendige elektrische Leistung kann dann durch eine Batterie oder einen durch die Spülung angetriebenen Generator zur Verfügung gestellt werden.Wireless data transmission through the ground is also possible according to the invention. The necessary electrical power can then be provided by a battery or a generator driven by the flushing.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung erfolgt die Datenauswertung sukzessive mit dem Bohrfortschritt, so daß eine direkte Rückkopplung zum Steuerstand der Bohranlage geschieht. Somit kann steuerungstechnisch umgehend auf aktuelle Untergrundgegebenheiten reagiert werden. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Erfassung eines räumlichen Bildes des Erdreichs sowie der gegebenenfalls im Erdreich verlaufenden Strukturen, die sich im Umfeld des vorgesehenen Bohrtrassenverlaufs befinden. Notwendige Sicherheitsabstände zu Hindernissen wie Kabeln, Rohrleitungen, Mauerstrukturen o.a. oder bevorstehende Erschwernisse im Untergrund können rechtzeitig erkannt werden und mit den notwendigen Vortriebsparametern an- bzw. umgegangen werden. Dadurch wird ein gezieltes Steuern, Lenken und Gegenreagieren auf Unter- grundbegebenheit erstmalig möglich und Sachschäden, offene Grabungen o.a. können in vorteilhafter Weise vermieden werden. Daher ist die Erfindung in der Grabentechnik, insbesondere in der verlaufsgesteuerten Horizontalbohrtechnik und dem grabenlosen Leitungsverlegen von besonderem Vorteil.According to an advantageous development of the present invention, the data evaluation takes place successively with the drilling progress, so that a direct feedback to the control station of the drilling system takes place. So can in terms of control technology, they are immediately reacted to current underground conditions. A particular advantage of the present invention lies in the acquisition of a spatial image of the soil and the structures which may run in the soil and which are located in the vicinity of the planned drill route. Necessary safety distances to obstacles such as cables, pipelines, wall structures, or upcoming difficulties in the subsoil can be recognized in good time and dealt with or dealt with with the necessary tunneling parameters. This makes it possible for the first time to specifically control, steer and counter-react to the background, and property damage, open excavations or the like can be avoided in an advantageous manner. The invention is therefore of particular advantage in trench technology, in particular in the course-controlled horizontal drilling technology and trenchless line laying.
Als zusätzliche Variante ist es erfindungsgemäß möglich, die Auswertung der Daten direkt im Bohrkopf stattfinden zu lassen. An den Bedienerstand werden nur dann Daten übermittelt, wenn ein vermeidliches Hindernis im Vorfeld auftritt. Somit wird die zu übertragene Datenmenge gering gehalten. Dadurch ist ein schnelles und effizientes Arbeiten möglich und der Bediener wird nicht durch unnötige Dateninformationen belastet.As an additional variant, it is possible according to the invention to have the data evaluated directly in the drill head. Data is only transmitted to the operator's station if there is an avoidable obstacle in advance. The amount of data to be transmitted is thus kept low. This enables fast and efficient work and the operator is not burdened with unnecessary data information.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden an der Erdoberfläche Marken ausgelegt, welche die vom Bohrkopf ausge- sendeten Wellen reflektieren. So werden bei Aussendung eines Radarimpulses bevorzugt Marker aus dielektrischen Materialien an der Erdoberfläche ausgelegt. Diese sind vorzugsweise matten- oder planenartig ausgestaltet, so daß diese auch beispielsweise platzsparend aufgerollt und transportiert und erst an der Bohrstelle ausgerollt werden können. Dies bietet den Vorteil, daß eine besonders gute radarreflektorische Zuordnung des Erfassungsraumes nach oben hin möglich ist. Dadurch besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, den zu erfassenden Raum zu begrenzen. Mit der Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Verfügung gestellt, bei welchem ein erfindungsgemäßer Bohrkopf eingesetzt wird, um die Umgebung des Bohrkopfes, insbesondere des Bereichs direkt vor dem Bohrkopf, mit einer hohen Auflösung zu bestimmen.According to an advantageous development of the present invention, marks are laid out on the surface of the earth which reflect the waves emitted by the drill head. When a radar pulse is emitted, markers made of dielectric materials are preferably laid out on the surface of the earth. These are preferably designed like a mat or tarpaulin, so that they can also be rolled up and transported, for example in a space-saving manner, and only rolled out at the drilling point. This has the advantage that a particularly good radar reflector assignment of the detection area is possible upwards. This advantageously enables the space to be captured to be limited. The invention also provides a method in which a drill head according to the invention is used to determine the surroundings of the drill head, in particular the area directly in front of the drill head, with a high resolution.
Durch den Einsatz der Marker an der Geländeoberfläche ist ebenfalls eine räumliche Orientierung des Bohrkopfes möglich. Ist die Position der Marker genau bekannt, so kann durch die Laufzeit der Wellen bis hin zum Marker und zurück die genaue Position des Bohrkopfes im Untergrund berechnet werden. Somit kann der Einbau einer Radarsende- und Empfangseinheit auch als Ortungssystem für den Bohrkopf dienen.By using the markers on the surface of the site, a spatial orientation of the drill head is also possible. If the position of the marker is exactly known, the exact position of the drill head in the subsurface can be calculated from the running time of the waves up to the marker and back. Thus, the installation of a radar transmitter and receiver unit can also serve as a location system for the drill head.
Die vorliegende Erfindung soll anhand einer Fig. näher erläutert werden.The present invention will be explained in more detail with reference to a figure.
Fig. 1 zeigt dabei in schematischer Darstellung die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Bohrkopfs.Fig. 1 shows a schematic representation of the operation of the drill head according to the invention.
In Fig. 1 gezeigt ist eine Horizontalbohranlage mit einer Lafette 1 , welche sich auf der Erdoberfläche 2 befindet. Diese weist einen mit einem Dreh- und1 shows a horizontal drilling rig with a carriage 1, which is located on the earth's surface 2. This one with a rotary and
Schubantrieb ausgerüsteten Schlitten auf. Über eine Startgrube 3 wurde der Bohrkopf 4 in das Erdreich 5 bereits eingeführt. Der Bohrkopf ist ein lenkbarer Schrägflächenbohrkopf. Selbstverständlich können erfindungsgemäß auch andere Bohrkopfarten verwendet werden. Im vorderen Bereich 6 des Bohrkopfes 4 ist eine Radarsende- und Empfangseinheit 7 angeordnet, welche Radarimpulse 8 in der mit einem Pfeil 9 gekennzeichneten Vortriebsrichtung des Bohrkopfes aussendet. Die ausgesendeten Radarsignale 8 breiten sich wellenartig aus und werden an Hindernissen 10 reflektiert und von der in der Sende- und Empfangseinrichtung 7 angeordneten Empfän- gereinheit aufgefangen. Die Übertragung der Daten erfolgt mittels einemSledge equipped slide drive. The drill head 4 has already been introduced into the soil 5 via a starting pit 3. The drill head is a steerable inclined surface drill head. Of course, other types of drill heads can also be used according to the invention. A radar transmitter and receiver unit 7 is arranged in the front area 6 of the drill head 4 and transmits radar pulses 8 in the direction of advance of the drill head identified by an arrow 9. The transmitted radar signals 8 propagate in a wave-like manner and are reflected on obstacles 10 and picked up by the receiver unit arranged in the transmitting and receiving device 7. The data is transferred using a
Kabel 11 , welches im Bohrgestänge 12 verläuft. Dadurch ist das Kabel 11 vor Beschädigungen in vorteilhafter Weise geschützt. Die Daten werden zu einem Speicher- und Auswertgerät 13 übertragen. Die Auswertung der aufgenommenen Daten erfolgt sukzessive mit dem Bohrfortschritt, so daß eine direkte Rückkopplung zum Steuerstand der Bohranlage erfolgen kann. Durch die Aussendung der Radarimpulse 8 kann ein räumliches Bild des Erdreichs vor dem Bohrkopf 4 erstellt werden, wobei gleichzeitig Elemente und Strukturen, wie beispielsweise das dargestellte Hindernis 10, im Untergrund erfaßt werden können. Durch die gezielte Radarerfassung läßt sich das Umfeld des vorgesehenen Bohrtrassenverlaufs genau bestimmen, und gegebenenfalls lassen sich notwendige Sicherheitsabstände zu etwaigen Hindernissen oder bevorstehende Erschwernisse im Untergrund gezielt umsteuern oder die Bohrparameter gezielt an die Untergrundverhältnisse anpassen. Auf der Erdoberfläche 2 können erfindungsgemäß platten- oder mattenartige Marker aus dielektrischen Materialien ausgelegt werden. Dadurch wird eine besonders gute radarreflektorische Zuordnung des Erfas- sungsraums nach oben hin durch die durch die Marker gegebene Begrenzung ermöglicht. Cable 11, which runs in the drill string 12. As a result, the cable 11 is advantageously protected from damage. The data becomes too transferred to a storage and evaluation device 13. The evaluation of the recorded data takes place successively with the drilling progress, so that a direct feedback to the control station of the drilling rig can take place. By emitting the radar pulses 8, a spatial image of the soil in front of the drilling head 4 can be created, wherein elements and structures, such as the obstacle 10 shown, can be detected in the subsurface at the same time. The targeted radar detection enables the surroundings of the planned course of the drill route to be determined precisely and, if necessary, necessary safety clearances to any obstacles or upcoming difficulties in the subsurface can be reversed or the drilling parameters can be adapted to the subsurface conditions. According to the invention, plate-like or mat-like markers made of dielectric materials can be laid out on the earth's surface 2. This enables a particularly good radar-reflective assignment of the detection space upwards through the limitation given by the markers.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Bohrkopf für das steuerbare Horizontalbohren, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Wellensender (7) und einen Wellenempfänger (7) auf- weist.1. Drilling head for controllable horizontal drilling, characterized in that it has a shaft transmitter (7) and a shaft receiver (7).
2. Bohrkopf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß er einen Sender (7) und einen Empfänger (7) für elektromagnetische Wellen aufweist.2. Drilling head according to claim 1, characterized in that it has a transmitter (7) and a receiver (7) for electromagnetic waves.
3. Bohrkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Sender (7) aufweist, der Radarimpulse (8) aussendet.3. Drilling head according to claim 2, characterized in that it has a transmitter (7) which emits radar pulses (8).
4. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellensender (7) und der Wellenempfänger4. Drilling head according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the shaft transmitter (7) and the shaft receiver
(7) im vorderen Bereich (6) des Bohrkopfgehäuses angeordnet sind.(7) are arranged in the front region (6) of the drill head housing.
5. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellensender (7) derart am Bohrkopf ange- ordnet ist, daß die Wellen in Vortriebsrichtung des Bohrkopfes ausgesendet werden.5. Drill head according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the shaft transmitter (7) is arranged on the drill head in such a way that the waves are emitted in the direction of advance of the drill head.
6. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Sender (7) mit einer Frequenz zwischen 300 bis 1200 MHz, vorzugsweise 700 bis 1000 MHz, aufweist6. Drilling head according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that it has a transmitter (7) with a frequency between 300 to 1200 MHz, preferably 700 to 1000 MHz
7. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Wellensender (7) und einen Wellenempfänger (7) aufweist, die zu einem Bauteil zusammengefaßt sind. 7. Drilling head according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that it has a wave transmitter (7) and a wave receiver (7), which are combined into one component.
8. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf eine Auswerteinheit für die durch den Wellenempfänger empfangenen Daten aufweist.8. Drilling head according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the drilling head has an evaluation unit for the data received by the wave receiver.
9. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Radarimpulsantenne in einem Verlängerungssporn positioniert ist.9. Drilling head according to one of claims 1 to 8, characterized in that a radar pulse antenna is positioned in an extension spur.
10. Bohrkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Radar- impuls- und -empfangsantenne in einem Verlängerungssporn der Bohr- kopffront oder Bohrkopfnase positioniert ist.10. Drill head according to claim 9, characterized in that a radar pulse and receive antenna is positioned in an extension spur of the drill head front or drill head nose.
11. Bohranlage für das steuerbare Horizontalbohren, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.11. Drilling system for controllable horizontal drilling, characterized in that it has a drill head according to one or more of claims 1 to 10.
12. Verwendung eines Bohrkopfes für das steuerbare Horizontalbohren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 zur Erkundung des Erdreichs.12. Use of a drill head for controllable horizontal drilling according to one or more of claims 1 to 10 for exploring the ground.
13. Verfahren zum steuerbaren Horizontalbohren mit einem Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Erdoberfläche reflektorische Marker positioniert werden.13. A method for controllable horizontal drilling with a drill head according to one of claims 1 to 10, characterized in that reflective markers are positioned on the surface of the earth.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Marker verwendet werden, die wenigstens teilweise aus dielektrischen Materialien bestehen.14. The method according to claim 13, characterized in that markers are used which at least partially consist of dielectric materials.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekenn- zeichnet, daß die von dem Bohrkopf an die Erdoberfläche übermittelten15. The method according to any one of claims 13 or 14, characterized in that the transmitted from the drill head to the earth's surface
Daten in einem Speicher- und Auswertgerät verarbeitet werden. Data are processed in a storage and evaluation device.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Radargramm erstellt wird. 6. The method according to any one of claims 13 to 15, characterized in that a radar program is created.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9732559B2 (en) 2008-01-18 2017-08-15 Halliburton Energy Services, Inc. EM-guided drilling relative to an existing borehole
GB2561986A (en) * 2017-04-26 2018-10-31 Tracto Technik Paul Schmidt Spezialmaschinen Drill head for earth boring, drilling device for earth boring having the drill head, and method to detect objects while earth boring
NL2019554B1 (en) * 2017-09-15 2019-03-27 Heijmans N V Horizontal probing method for probing suspect soil, i.e. soil possibly containing suspect objects
US11242745B2 (en) 2017-04-26 2022-02-08 Tracto-Technik Gmbh & Co. Kg Drill head for earth boring, drilling device for earth boring having the drill head, method to detect objects while earth boring, and use of direct digital synthesizer as a signal in detecting an obstacle in earth boring
EP4357584A1 (en) * 2022-10-21 2024-04-24 TRACTO-TECHNIK GmbH & Co. KG Method for inserting a drilling channel in the soil by means of a ground drilling device and ground drilling device for inserting a drilling channel in the soil

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101460698B (en) 2006-12-15 2013-01-02 哈里伯顿能源服务公司 Antenna coupling component measurement tool having rotating antenna configuration
WO2010059275A1 (en) 2008-11-24 2010-05-27 Halliburton Energy Services, Inc. A high frequency dielectric measurement tool
CA2800148C (en) 2010-06-29 2015-06-23 Halliburton Energy Services, Inc. Method and apparatus for sensing elongated subterranean anomalies
MY167753A (en) 2011-04-18 2018-09-24 Halliburton Energy Services Inc Multicomponent borehole radar systems and methods

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3740700A1 (en) * 1987-12-01 1989-06-15 Nicolaas Wilh J Van Dip Egmond Measuring method for locating drilling obstacles and foreign bodies in the ground
WO2001048353A1 (en) * 1999-12-27 2001-07-05 Ball Corporation Autonomous omnidirectional driller

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3740700A1 (en) * 1987-12-01 1989-06-15 Nicolaas Wilh J Van Dip Egmond Measuring method for locating drilling obstacles and foreign bodies in the ground
WO2001048353A1 (en) * 1999-12-27 2001-07-05 Ball Corporation Autonomous omnidirectional driller

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9732559B2 (en) 2008-01-18 2017-08-15 Halliburton Energy Services, Inc. EM-guided drilling relative to an existing borehole
GB2561986A (en) * 2017-04-26 2018-10-31 Tracto Technik Paul Schmidt Spezialmaschinen Drill head for earth boring, drilling device for earth boring having the drill head, and method to detect objects while earth boring
US11242745B2 (en) 2017-04-26 2022-02-08 Tracto-Technik Gmbh & Co. Kg Drill head for earth boring, drilling device for earth boring having the drill head, method to detect objects while earth boring, and use of direct digital synthesizer as a signal in detecting an obstacle in earth boring
NL2019554B1 (en) * 2017-09-15 2019-03-27 Heijmans N V Horizontal probing method for probing suspect soil, i.e. soil possibly containing suspect objects
EP4357584A1 (en) * 2022-10-21 2024-04-24 TRACTO-TECHNIK GmbH & Co. KG Method for inserting a drilling channel in the soil by means of a ground drilling device and ground drilling device for inserting a drilling channel in the soil
EP4357583A1 (en) * 2022-10-21 2024-04-24 TRACTO-TECHNIK GmbH & Co. KG Method for inserting a drilling channel in the soil by means of a ground drilling device and ground drilling device for inserting a drilling channel in the soil

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