WO2010108666A2 - Verfahren zum lokalisieren eines bohrgeräts einer erdbohrvorrichtung - Google Patents

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WO2010108666A2
WO2010108666A2 PCT/EP2010/001845 EP2010001845W WO2010108666A2 WO 2010108666 A2 WO2010108666 A2 WO 2010108666A2 EP 2010001845 W EP2010001845 W EP 2010001845W WO 2010108666 A2 WO2010108666 A2 WO 2010108666A2
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drilling
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Gerhard Völkel
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Rayonex Schwingungstechnik 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
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/02—Determining slope or direction
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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
    • E21B47/0232—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism using electromagnetic energy or detectors therefor at least one of the energy sources or one of the detectors being located on or above the ground surface
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/046—Directional drilling horizontal drilling

Definitions

  • the invention relates to a method for locating a drill of a Erdbohrvorraum.
  • Horizontal wells are introduced in particular in the context of trenchless laying and trenchless Auswechseins of supply lines, such as fresh and sewer pipes, telecommunications cables, etc. in the soil and often extend from a starting pit to a target pit.
  • supply lines such as fresh and sewer pipes, telecommunications cables, etc.
  • the drill can be redirected even after the horizontal section of the bore course, this time in the direction of the earth's surface, so that it again emerges from the ground at the earth's surface. It is obvious that to produce such a non-linear
  • BESTATIGUNGSKOPIE Drilling course controllable drills are required. However, even if starting from a starting pit straight to a target pit to be drilled, the use of controllable drills may be useful; In this case, the drill often encounters an obstacle during drilling, such as a rock that can not be drilled, or even an already laid supply line (eg, water, gas or electricity), which must not be damaged. In such a case, it is necessary to "bypass" the obstacle by reversing the auger, but this requires accurate location of the rig, and particularly the bit of that auger.
  • an obstacle during drilling such as a rock that can not be drilled, or even an already laid supply line (eg, water, gas or electricity), which must not be damaged.
  • it is necessary to "bypass" the obstacle by reversing the auger but this requires accurate location of the rig, and particularly the bit of that auger.
  • a burying device located in the ground of an earth boring device can be located.
  • the known systems each have a transmitter which is arranged within the drill head or in another section of the drill of the earth boring device, which should be as close as possible to the drill head.
  • the transmitter transmits a locating signal which is received by a receiver arranged on the earth's surface.
  • the receiver evaluates the received location signal to determine the position of the sensor and thus the wellhead within the earth.
  • the drilling apparatus has a magnetic dipole in the region of the drill head, which is driven in rotation together with the drilling apparatus of the earth drilling apparatus.
  • the magnetic field emitted by the magnetic dipole is detected by a receiving unit arranged on the earth's surface as a changing magnetic field, from which the
  • Position of the magnetic dipole and its location can be determined; from the fixed arrangement of the magnetic dipole with respect to the drill head, the position and orientation of the drill head result directly from this.
  • systems are known from the prior art, which provide instead of a rotating magnetic dipole one or more coils, which are acted upon to generate the time-varying magnetic field with an AC voltage.
  • the transmitters arranged in the drills are designed as active transmitters in the known systems, ie they generate the respective locating signal either permanently without the supply of an external signal or of energy (for example the previously described written on a permanent magnet-based system), or they are supplied with electrical energy and generate the locating signal by a corresponding conversion of electrical energy.
  • the supply of energy to the transmitter is carried out regularly by means of batteries, wherein it has also been proposed to be in the region of the drill head arranged Minigenerator means of a rinsing liquid, which is otherwise intended to be introduced into the soil to improve the Bohrvortrieb and the cuttings from redesignschwemmen the drilling, drive to eliminate the associated with the replacement of the batteries maintenance.
  • the object of the invention was to provide a method, at least with regard to one of these disadvantages, for locating a drilling device of an earth boring device.
  • a corresponding system for locating a drill of a Erdbohrvorraum should be specified.
  • the invention is based on the idea that the locating signal is no longer generated by a transmitter arranged in the area of the drilling device and in particular a drill head of this drilling device, but instead provides a corresponding signal generating device outside the drilling device, and the corresponding locating signal from the external signal generating device via a Conduit to conduct to the ground drilling rig, from which this is sent out into the surrounding soil, so that it can be received by a corresponding external receiver and evaluated to determine the position of the drill.
  • This makes it possible to no longer have to integrate the possibly technically complicated and therefore possibly a considerable amount of space having signal generating means in the drill, but this can be outside of the drill and preferably on the earth's surface.
  • this can be combined with one or more other elements of the earth boring direction, eg an oiler, are integrated into a housing so that no additional component must be positioned on the construction site.
  • the invention not only the integration of the signal generating device is avoided in the drill itself, but the signal generating device is also located in an area where this in front of the sometimes considerable loads that during the drilling operation on the
  • Drill is protected.
  • the invention makes it possible to retrofit existing Erdbohrvoriquesen with little effort with a corresponding localization system.
  • an output signal generated by a signal generating device is then fed to the drilling device via a connecting line which is connected to the drilling device, which is converted by the drilling device and in particular in the region of a drill head of the drilling device into a locating signal which, in turn, is transmitted by it so as to be received by an external receiver and to
  • Determining the position of the drill and in particular the drill head can be evaluated.
  • a "conversion" of the output signal into a locating signal does not require that the output signal and the locating signal have to differ in their type It is only relevant here that the output signal and the locating signal can be distinguished for the receiver, so that in fact locating the signal Such a distinction is, of course, only possible if the output signal and the locating signal differ in some way.
  • a "conversion" of the output signal into a locating signal is therefore also present if, for example, in its nature identical output and locating signal detection of the output signal is prevented by the receiver, so that only the locating signal is received by this. This can be done for example by a corresponding shielding of the connecting line.
  • Another way to distinguish between the output and the locating signal may be that, for example, in a not only from the drill or drill head itself, but also emitted by the connection line locating the drill or the drill head is detected by the fact that the transmission of the Locating signal ends at the front end, which can be detected by the receiver.
  • a corresponding system for locating a drilling device of an earth boring device has at least one receiver for receiving and evaluating a locating signal emitted by the drill at least in addition to the drilling device, as well as a signal generating device connected to the drilling device via a boring device
  • the receiver can, of course, also be constructed in several parts, ie for example with a receiving unit and an evaluation unit, which can also be positioned at a distance from one another (eg the receiving unit in one embodiment as a so-called "walk-over" receiver, ie a portable receiver , which is positioned above the drill, and an evaluation unit, which may be arranged in the region of a control station of the Erdbohrvorraum).
  • a receiving unit and an evaluation unit which can also be positioned at a distance from one another (eg the receiving unit in one embodiment as a so-called "walk-over" receiver, ie a portable receiver , which is positioned above the drill, and an evaluation unit, which may be arranged in the region of a control station of the Erdbohrvorraum).
  • drilling apparatus is understood to mean that component of an earth-boring apparatus by which the soil is degraded or displaced, but the term “drilling apparatus” is not intended to be so narrow that only a tool arranged at the front is understood to mean a “drilling apparatus”.
  • the term “drill” may also include a complete drilling unit, such as an earth rocket (i.e., a self-propelled pneumatic ram boring machine).
  • a supply line which is connected to the drill.
  • “Supply line” is understood to mean any line (eg linkage, pipe, hose, cable, etc.) via which signals or energy are transmitted to the drilling device or via which forces and torques can be transmitted, in particular drill pipes and hoses for the supply a fluid (in particular for the operation of Erdraketen) and cables for example an electrical power supply.
  • the method according to the invention it is provided to generate as an output signal a current flow through the drilling device caused by an electrical voltage (in particular AC voltage), whereby a magnetic field is generated as a locating signal from the usually metallic drilling device.
  • an electrical voltage in particular AC voltage
  • the connecting line and the drill are at least partially electrically conductive, so that in response to the current caused by the (alternating) voltage current flow, a corresponding magnetic field is generated (corresponding to a conductor through which a current flows through the magnetic field).
  • the system according to the invention can be implemented in a structurally simple manner; It only needs a corresponding, a (alternating) voltage generating signal generating device, which in turn can be realized even structurally simple and also available on the market, since they are for Other applications can be used, as well as a receiver, by means of which the generated magnetic field can be detected and evaluated.
  • a drilling rig of an earth boring device regularly consists of a metal and in particular of steel, it is only necessary to provide for an electrical connection between the drilling rig and the signal generating device via a corresponding connecting line. If the drill is connected to a drill string, which is usually also made of a metal and especially steel, the electrical conductivity of serving as a connecting pipe drill string is usually already given.
  • the coupling of the signal generating device to the connecting line can for example be done directly (galvanic) or inductively.
  • the compressed air hose itself can be formed electrically conductive, what this can be provided for example with a metal and in particular steel reinforcement.
  • an electrically conductive connection should be provided between the compressed air hose and the housing of the earth rocket.
  • An alternative embodiment may provide parallel to the compressed air line carry an electrically conductive cable and in particular a steel cable, via which the output signal is transmitted. The cable can be carried both outside and inside the supply line (in particular the compressed air line) of the Erdrakete.
  • the connecting line In an electrically conductive design of the connecting line, this can also be used for the transmission of additional signals.
  • one or more sensors may be arranged in the region of the drilling device and in particular of the drill head of the drilling device, the measured values of which are transmitted via the electrically conductive connecting line to an external display device, especially on the earth's surface, where the measured values can be displayed graphically .
  • a signal device eg warning light, warning horn
  • an operator of the Erdbohrvorides signals the impact of the drill or drill head on the current-carrying line.
  • the measured values of the sensor can also be used for an automatic disconnection of the earth boring device in the event of the drilling device or the boring head hitting the current-carrying line.
  • the invention is, of course, not limited to the conversion of a current flow generated by a (voltage) voltage into a magnetic field, but encompasses all methods or systems encompassed by the independent patent claims in which an output signal from the drill device is supplied via a connecting line the drill is converted into a corresponding locating signal, which can then be received by a corresponding receiver and evaluated to determine the position of the drill.
  • the transmission of sound waves may be provided (eg via the operating pressure air of a drill or the drilling fluid of the earth drilling device), which are converted by the drilling device into corresponding body vibrations, which in turn are transmitted to the earth and received and evaluated by a corresponding receiver can.
  • Figure 1 is a schematic representation of an inventive system in a first embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a system according to the invention in a second embodiment
  • FIG. 3 is a schematic representation of the propagation of a magnetic field in the radial direction in a system according to FIG. 1 or FIG. 2.
  • Fig. 1 shows a system according to the invention for locating a drilling device of an earth boring device.
  • the drill is a so-called ground rocket 1, ie a self-propelled ram boring machine with an internal, operated by compressed air percussion piston, which impinges at each cycle of the compressed air caused by reciprocating motion on a face of a drill head 2 or a housing 3 of the earth rocket 1 and thereby transmits its kinetic energy to the drill head 2, so that the Erdrakete 1 is gradually advanced through the soil 4.
  • the compressed air required for the operation of the Erdrakete 1 this is supplied via a compressed air hose 5 from a arranged on the earth's surface compressed air supply unit (not shown).
  • the further structure and operation of an earth rocket 1 are known from the prior art.
  • the illustrated system according to the invention further comprises a signal generating device, which is an AC voltage generator 6; the structure and operation of an AC generator are known from the prior art.
  • the alternating voltage generator 6 is connected via a connecting line, in the present case a cable 7, which is guided through the compressed air hose 5, to the housing 3 of the earth rocket 1.
  • the AC voltage generated by the AC voltage generator 6 causes a constantly changing current flow through the cable 7 and the existing steel housing 3 and the existing steel drill head 2 of the earth rocket 1, which in turn induces a magnetic field which is annular around the longitudinal axis of the Erdrakete
  • a so-called "walk-over" receiver 8 is used, i.e. a portable receiver
  • Walk-over receivers are known in the art.
  • the "walk-over" receiver Shortly before the tip of the drill head 1 ends the magnetic field generated by the current flowing through the housing or the drill head; this can be detected by the "walk-over" receiver as a signal drop, whereby the position of the drill head tip of the earth rocket 1 can be located relatively precisely, which is particularly advantageous for determining the course of the drill.
  • FIG. 2 shows a system according to the invention for locating a drilling device of an earth boring device, in which, compared to the embodiment according to FIG.
  • Fig. 1 only the leadership of the current-carrying cable T is changed.
  • the cable 7 ' is guided outside next to the compressed air hose 5'.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lokalisieren eines Bohrgeräts einer Erdbohrvorrichtung, wobei von dem Bohrgerät ein Ortungssignal ausgesendet wird, das von einem externen Empfänger empfangen und zur Bestimmung der Position des Bohrgeräts ausgewertet wird, wobei dem Bohrgerät über eine Verbindungsleitung, die mit dem Bohrgerät verbunden ist, ein Ausgangssignal zugeleitet wird, das in das Ortungssignal gewandelt wird.

Description

„Verfahren zum Lokalisieren eines Bohrgeräts einer Erdbohrvorrichtung"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lokalisieren eines Bohrgeräts einer Erdbohrvorrichtung.
Beim Einbringen von Bohrungen in das Erdreich ist es in der Regel erforderlich, den exakten Bohrverlauf zu kontrollieren. Dies erfordert eine Lokalisierung des Bohrgeräts innerhalb des Erdreichs, um durch einen Vergleich der Ist-Position des Bohrgeräts mit dessen Soll-Position kontrollieren zu können, ob das Bohrgerät dem vorgegebenen Bohrverlauf folgt.
Eine Kontrolle des Bohrverlaufs ist insbesondere beim Erstellen einer Horizontalbohrung von Bedeutung. Horizontalbohrungen werden insbesondere im Rahmen des grabenlosen Verlegens sowie des grabenlosen Auswechseins von Versorgungsleitungen, wie beispielsweise Frisch- und Abwasserleitungen, Telekommunikationskabel, etc. in das Erdreich eingebracht und erstrecken sich häufig ausgehend von einer Startgrube bis zu einer Zielgrube. Es ist jedoch auch bekannt, Horizontalbohrungen in das Erdreich einzubringen, indem ausgehend von der Erdoberfläche zunächst schräg in das Erdreich hineingebohrt, daraufhin die Bohrung in die Horizontale umgesteuert und die Bohrung über die vorgegebene Entfernung fortgesetzt wird, bis das Bohrgerät wiederum eine Zielbaugrube erreicht; alternativ kann das Bohrgerät auch nach dem hori- zontalen Abschnitt des Bohrverlaufs erneut, dieses Mal in Richtung der Erdoberfläche umgesteuert werden, so dass dieses wieder an der Erdoberfläche aus dem Erdreich heraustritt. Es ist offensichtlich, dass zur Erzeugung eines solchen nicht geradlinigen
BESTATIGUNGSKOPIE Bohrverlaufs steuerbare Bohrgeräte erforderlich sind. Jedoch auch dann, wenn ausgehend von einer Startbaugrube geradlinig in Richtung einer Zielbaugrube gebohrt werden soll, kann der Einsatz steuerbarer Bohrgeräte sinnvoll sein; häufig trifft das Bohrgerät hierbei nämlich während des Bohrvortriebs auf ein Hindernis, wie beispielsweise einen Gesteinsbrocken, der nicht durchbohrt werden kann, oder auch auf eine bereits verlegte Versorgungsleitung (z.B. Wasser-, Gas- oder Elektrizitätsleitung), die nicht beschädigt werden darf. In einem solchen Fall ist es erforderlich, durch ein Umsteuern der Erdbohrvorrichtung das Hindernis zu „umfahren". Hierfür bedarf es jedoch einer genauen Lokalisierung des Bohrgeräts und insbesondere des Bohrkopfs dieses Bohr- geräts.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Systeme bekannt, anhand derer ein im Erdreich befindliches Bohrgerät einer Erdbohrvorrichtung lokalisiert werden kann. Die bekannten Systeme weisen jeweils einen Sender auf, der innerhalb des Bohrkopfs oder in einem anderen Abschnitt des Bohrgeräts der Erdbohrvorrichtung, der möglichst nah an dem Bohrkopf liegen sollte, angeordnet ist. Der Sender sendet ein Ortungssignal aus, das von einem an der Erdoberfläche angeordneten Empfänger empfangen wird. Der Empfänger wertet das empfangene Ortungssignal aus, um die Position des Sensors und somit des Bohrkopfs innerhalb des Erdreichs zu bestimmen.
Bei einem bekannten System zum Lokalisieren eines Bohrgeräts weist das Bohrgerät im Bereich des Bohrkopfs einen magnetischen Dipol auf, der zusammen mit dem Bohrgerät der Erdbohrvorrichtung rotierend angetrieben wird. Das von dem magnetischen Dipol ausgesendete Magnetfeld wird von einer an der Erdoberfläche ange- ordneten Empfangseinheit als sich änderndes magnetisches Feld erfasst, woraus die
Position des magnetischen Dipols und dessen Lage ermittelt werden kann; durch die feste Anordnung des magnetischen Dipols in Bezug zu dem Bohrkopf ergibt sich hieraus direkt die Position und Ausrichtung des Bohrkopfs.
Andere aus dem Stand der Technik bekannte Systeme, die auf dem gleichen Prinzip der Lokalisierung eines Bohrgeräts basieren, sehen einen separaten Antrieb für den magnetischen Dipol vor, so dass eine Lokalisierungsfunktion auch bei einem nicht rotierenden Bohrgerät erzielt werden kann.
Ferner sind aus dem Stand der Technik Systeme bekannt, die anstelle eines rotierenden magnetischen Dipols eine oder mehrere Spulen vorsehen, die zur Erzeugung des sich zeitlich ändernden Magnetfelds mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden.
Die in den Bohrgeräten angeordneten Sender sind bei den bekannten Systemen als aktive Sender ausgebildet, d.h. diese erzeugen das jeweilige Ortungssignal entweder dauerhaft ohne die Zufuhr eines externen Signals oder von Energie (z.B. das zuvor be- schriebene, auf einem Permanentmagneten basierende System), oder diese werden mit elektrischer Energie versorgt und erzeugen das Ortungssignal durch eine entsprechende Umwandlung der elektrischen Energie. Die Versorgung der Sender mit Energie erfolgt regelmäßig mittels Batterien, wobei auch schon vorgeschlagen wurde, einen im Bereich des Bohrkopfs angeordneten Minigenerator mittels einer Spülflüssigkeit, die ansonsten dafür vorgesehen ist, in das Erdreich eingebracht zu werden, um den Bohrvortrieb zu verbessern und das Bohrklein aus der Bohrung auszuschwemmen, anzutreiben, um den mit dem Wechseln der Batterien verbundenen Wartungsaufwand zu eliminieren.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme sind technisch aufwendig und lassen sich nicht oder nur mit einem erheblichen Aufwand bei bereits bestehenden Bohrgeräten von Erdbohrvorrichtungen nachrüsten. Sofern die Systeme elektrische Bauteile (z.B. der Rotationsantrieb für den magnetischen Dipol, eine Spule, etc.) aufweisen, sind diese häufig auch störanfällig, da die elektrischen Bauteile durch die beim Bohren auftretenden Vibrationen und Schläge beschädigt werden können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zumindest hinsichtlich eines dieser Nachteile verbessertes Verfahren zum Lokali- sieren eines Bohrgeräts einer Erdbohrvorrichtung anzugeben. Zudem sollte ein entsprechendes System zur Lokalisierung eines Bohrgeräts einer Erdbohrvorrichtung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche ge- löst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Ortungssignal nicht mehr von einem im Be- reich des Bohrgeräts und insbesondere eines Bohrkopfs dieses Bohrgeräts angeordneten Sender erzeugen zu lassen, sondern eine entsprechende Signalerzeugungseinrichtung außerhalb des Bohrgeräts vorzusehen, und das entsprechende Ortungssignal von der externen Signalerzeugungseinrichtung über eine Verbindungsleitung zu dem im Erdreich befindlichen Bohrgerät zu leiten, von dem aus dieses in das umgebende Erdreich ausgesandt wird, so dass es von einem entsprechenden externen Empfänger empfangen und zur Bestimmung der Position des Bohrgeräts ausgewertet werden kann. Hierdurch wird ermöglicht, die gegebenenfalls technisch aufwendige und daher gegebenenfalls einen erheblichen Raumbedarf aufweisende Signalerzeugungseinrichtung nicht mehr in das Bohrgerät integrieren zu müssen, sondern diese kann au- ßerhalb des Bohrgeräts und bevorzugt an der Erdoberfläche angeordnet werden. Gegebenfalls kann diese mit einem oder mehreren anderen Elementen der Erdbohrvor- richtung, z.B. einem öler, in ein Gehäuse integriert werden, so dass kein zusätzliches Bauteil auf der Baustelle positioniert werden muss. Durch die Erfindung wird nicht nur die Integration der Signalerzeugungseinrichtung in das Bohrgerät selbst vermieden, sondern die Signalerzeugungseinrichtung befindet sich auch in einem Bereich, in dem diese vor den teils erheblichen Belastungen, die während des Bohrbetriebs auf das
Bohrgerät einwirken, geschützt ist. Zudem ermöglicht die Erfindung, bestehende Erdbohrvorrichtungen ohne großen Aufwand mit einem entsprechenden Lokalisierungssystem nachzurüsten.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Lokalisieren eines Bohrgeräts einer Erdbohrvorrichtung wird demnach dem Bohrgerät über eine Verbindungsleitung, die mit dem Bohrgerät verbunden ist, ein von einer Signalerzeugungseinrichtung erzeugtes Ausgangssignal zugeleitet, das von dem Bohrgerät und insbesondere im Bereich eines Bohrkopfs des Bohrgeräts in ein Ortungssignal gewandelt wird, das wiederum von die- sem ausgesendet wird, so dass es von einem externen Empfänger empfangen und zur
Bestimmung der Position des Bohrgeräts und insbesondere des Bohrkopfs ausgewertet werden kann.
Ein „Wandeln" des Ausgangssignals in ein Ortungssignal erfordert erfindungsgemäß nicht, dass sich das Ausgangs- und das Ortungssignal in ihrer Art unterscheiden müssen. Relevant ist hierbei lediglich, dass das Ausgangssignal und das Ortungssignal für den Empfänger unterscheidbar sind, so dass tatsächlich eine Ortung des Bohrgeräts erfolgen kann. Eine solche Unterscheidung ist selbstverständlich nur dann möglich, wenn sich das Ausgangs- und das Ortungssignal in irgendeiner Weise unterschei- den. Ein „Wandeln" des Ausgangssignals in ein Ortungssignal liegt erfindungsgemäß demnach auch dann vor, wenn beispielsweise bei in ihrer Art identischem Ausgangsund Ortungssignal eine Detektion des Ausgangssignals durch den Empfänger verhindert wird, so dass von diesem lediglich das Ortungssignal empfangen wird. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Abschirmung der Verbindungsleitung erfolgen. Eine weitere Möglichkeit zur Unterscheidung zwischen dem Ausgangs- und dem Ortungssignal kann darin liegen, dass beispielsweise bei einem nicht nur von dem Bohrgerät oder Bohrkopf selbst, sondern auch von der Verbindungsleitung ausgesendeten Ortungssignal das Bohrgerät bzw. der Bohrkopf dadurch erkannt wird, dass die Aussendung des Ortungssignals an dessen vorderem Ende endet, was von dem Empfänger erfasst werden kann.
Ein entsprechendes System zur Lokalisierung eines Bohrgeräts einer Erdbohrvorrichtung weist zumindest neben dem Bohrgerät mindestens einen Empfänger zum Empfang und zur Auswertung von einem von dem Bohrgerät ausgesendeten Ortungs- Signal sowie eine Signalerzeugungseinrichtung auf, die mit dem Bohrgerät über eine
Verbindungsleitung verbunden ist. Der Empfänger kann selbstverständlich auch mehrteilig aufgebaut sein, d.h. beispielsweise mit einer Empfangseinheit und einer Auswerteeinheit, die auch in einem Abstand voneinander positioniert sein können (z.B. die Empfangseinheit in einer Ausführungs- form als sogenannter „Walk-Over"-Empfänger, d.h. einem tragbaren Empfänger, der oberhalb des Bohrgeräts positioniert wird, und einer Auswerteinheit, die im Bereich eines Bedienstands der Erdbohrvorrichtung angeordnet sein kann).
Unter „Bohrgerät" wird erfindungsgemäß dasjenige Bauteil einer Erdbohrvorrichtung verstanden, durch das das Erdreich abgebaut oder verdrängt wird. Der Begriff „Bohrgerät" soll dabei jedoch nicht so eng gefasst werden, dass darunter nur ein frontseitig angeordnetes Werkzeug verstanden wird, sondern ein „Bohrgerät" kann auch mit dem Werkzeug in Verbindung stehende weitere Bauteile der Erdbohrvorrichtung umfassen, wie beispielsweise ein Gehäuse mit einem darin angeordneten pneumatischen Antrieb oder einem hydraulischen Rotationsantrieb („Mud-Motor"). Der Begriff „Bohrgerät" kann somit auch eine vollständige Bohreinheit, wie beispielsweise eine Erdrakete (d.h. ein selbstgetriebenes, pneumatisches Rammbohrgerät) umfassen.
Zur Übertragung des Ausgangssignals kann vorzugsweise eine Versorgungsleitung verwendet werden, die mit dem Bohrgerät verbunden ist. In der Regel weist jedes
Bohrgerät einer Erdbohrvorrichtung eine entsprechende Versorgungsleitung auf.
Unter „Versorgungsleitung" wird jegliche Leitung (z.B. Gestänge, Rohr, Schlauch, Kabel, etc.) verstanden, über die dem Bohrgerät Signale oder Energie zugeleitet wird oder über die Kräfte und Momente übertragen werden können. Hierunter fallen insbesondere Bohrgestänge und Schläuche für die Zufuhr eines Fluids (insbesondere für den Betrieb von Erdraketen) sowie Kabel für beispielsweise eine elektrische Energieversorgung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, als Ausgangssignal einen durch eine elektrische Spannung (insbesondere Wechselspannung) bedingten Stromfluss durch das Bohrgerät zu erzeugen, wodurch als Ortungssignal von dem in der Regel metallischen Bohrgerät ein Magnetfeld erzeugt wird. Vorrichtungsseitig sind hierfür die Verbindungsleitung und das Bohrgerät zumindest teilweise elektrisch leitend ausgebildet, so dass als Reaktion auf den durch die (Wechsel-)Spannung bedingten Stromfluss ein entsprechendes Magnetfeld erzeugt wird (entsprechend einem von einem Strom durchflossenen Leiter erzeugtes Magnetfeld). Hierdurch kann das erfindungsgemäße System auf konstruktiv einfache Weise umgesetzt werden; es bedarf nämlich lediglich einer entsprechenden, eine (Wechsel- )Spannung erzeugenden Signalerzeugungseinrichtung, die wiederum selbst konstruktiv einfach verwirklicht werden kann und zudem auf dem Markt verfügbar ist, da sie für andere Anwendungen verwendbar ist, sowie eines Empfängers, anhand dessen das erzeugte Magnetfeld erfasst und ausgewertet werden kann. Da ein Bohrgerät einer Erdbohrvorrichtung regelmäßig aus einem Metall und insbesondere aus Stahl besteht, muss lediglich noch für eine elektrische Verbindung zwischen dem Bohrgerät und der Signalerzeugungseinrichtung über eine entsprechende Verbindungsleitung gesorgt werden. Sofern das Bohrgerät mit einem Bohrgestänge verbunden ist, das in der Regel ebenfalls aus einem Metall und insbesondere Stahl besteht, ist die elektrische Leitfähigkeit des als Verbindungsleitung dienenden Bohrgestänges in der Regel bereits gegeben.
Die Ankoppelung der Signalerzeugungseinrichtung an die Verbindungsleitung kann beispielsweise direkt (galvanisch) oder auch induktiv erfolgen.
Auch bei Erdraketen, die regelmäßig über einen flexiblen, aus Kunststoff bestehenden Druckluftschlauch mit Betriebsdruckluft versorgt werden, kann eine einfache Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt werden. Hierzu kann der Druckluftschlauch selbst elektrisch leitend ausgebildet werden, wozu dieser beispielsweise mit einer Metall- und insbesondere Stahlarmierung versehen werden kann. Hierbei sollte eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Druckluftschlauch und dem Ge- häuse der Erdrakete vorgesehen sein. Eine alternative Ausführungsform kann vorsehen, parallel zu der Druckluftleitung ein elektrisch leitendes Kabel und insbesondere ein Stahlkabel mitzuführen, über das das Ausgangssignal übertragen wird. Das Kabel kann sowohl außerhalb als auch innerhalb der Versorgungsleitung (insbesondere der Druckluftleitung) der Erdrakete mitgeführt werden.
Bei dieser bevorzugten Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Systems wird durch die Umkehrung der elektromagnetischen Induktion ein Magnetfeld erzeugt, das kreisförmig und senkrecht zur Längsachse des Bohrgeräts (entspricht der Bohrachse) ausgerichtet ist; kurz vor der Spitze des Bohrgeräts endet dieses („Signalab- fall"), was von dem Empfänger erfasst werden kann. Hierdurch wird eine besonders genaue Lokalisierung der Bohrgerätespitze ermöglicht, was besonders vorteilhaft ist, weil durch eine Überwachung der Bewegung der Bohrgerätespitze der (häufig zu kontrollierende) Bohrverlauf am exaktesten kontrolliert werden kann.
Bei einer elektrisch leitenden Ausbildung der Verbindungsleitung kann diese zusätzlich für die Übertragung von Zusatzsignalen verwendet werden. Beispielsweise können im Bereich des Bohrgeräts und insbesondere des Bohrkopfs des Bohrgeräts einer oder mehrere Sensoren angeordnet werden, dessen/deren Messwerte über die elektrisch leitende Verbindungsleitung zu einem externen und insbesondere an der Erdober- fläche angeordneten Anzeigegerät übertragen werden, wo die Messwerte grafisch dargestellt werden können. Dies ermöglicht beispielsweise, das Bohrgerät bzw. den Bohrkopf mit einem Sensor zur Detektion einer vor dem Bohrkopf liegenden, stromführenden Leitung zu versehen, und die elektrisch leitende Verbindungsleitung zur Übertragung der Messwerte des Sensors an eine Signaleinrichtung (z.B. Warnlicht, Warnhupe) zu verwenden, die beispielsweise einem Bediener der Erdbohrvorrichtung das Auftreffen des Bohrgeräts bzw. Bohrkopfs auf die stromführende Leitung signalisiert. Hierbei können die Mess- werte des Sensors auch zu einer automatischen Abschaltung der Erdbohrvorrichtung im Falle des Auftreffens des Bohrgeräts bzw. des Bohrkopfs auf die stromführende Leitung verwendet werden.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Umwandlung eines durch eine (Wech- sel)Spannung erzeugten Stromflusses in ein Magnetfeld beschränkt, sondern umfasst sämtliche von den unabhängigen Patentansprüchen umfassten Verfahren bzw. Sys- teme, bei denen ein dem Bohrgerät über eine Verbindungsleitung zugeleitetes Ausgangssignal von dem Bohrgerät in ein entsprechendes Ortungssignal gewandelt wird, das daraufhin von einem entsprechenden Empfänger empfangen und zur Bestimmung der Position des Bohrgeräts ausgewertet werden kann. Beispielsweise kann die Übertragung von Schallwellen vorgesehen sein (z.B. über die Betriebsdruckluft einer Erdra- kete oder die Spülflüssigkeit der Erdbohrvorrichtung), die von dem Bohrgerät in entsprechende Körperschwingungen gewandelt werden, die sich wiederum auf das Erdreich übertragen und von einem entsprechenden Empfänger empfangen und ausgewertet werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes System in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes System in einer zweiten Ausführungsform; und
Fig. 3 in einer schematischen Darstellung die Ausbreitung eines Magnetfelds in radialer Richtung bei einem System gemäß Fig. 1 oder Fig. 2.
Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes System zum Lokalisieren eines Bohrgeräts einer Erdbohrvorrichtung. Konkret handelt es sich bei dem Bohrgerät um eine sogenannte Erdrakete 1 , d.h. ein selbstgetriebenes Rammbohrgerät mit einem internen, über Druckluft betriebenen Schlagkolben, der bei jedem Zyklus der durch die Druckluft bewirkten Hin-und-her-Bewegung auf eine Schlagfläche eines Bohrkopfs 2 oder eines Gehäuses 3 der Erdrakete 1 auftrifft und hierdurch seine kinetische Energie auf den Bohrkopf 2 überträgt, so dass die Erdrakete 1 schrittweise durch das Erdreich 4 vorge- trieben wird. Die für den Betrieb der Erdrakete 1 benötigte Druckluft wird dieser über einen Druckluftschlauch 5 von einer an der Erdoberfläche angeordneten Druckluftversorgungseinheit (nicht dargestellt) zugeführt. Der weitere Aufbau und die Funktionsweise einer Erdrakete 1 sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Das dargestellte erfindungsgemäße System umfasst weiterhin eine Signalerzeugungseinrichtung, bei der es sich um einen Wechselspannungsgenerator 6 handelt; der Aufbau und die Funktionsweise eines Wechselspannungsgenerator sind aus dem Stand der Technik bekannt. Der Wechselspannungsgenerator 6 ist über eine Verbindungsleitung, vorliegend ein Kabel 7, das durch den Druckluftschlauch 5 hindurch geführt ist, mit dem Gehäuse 3 der Erdrakete 1 verbunden.
Die von dem Wechselspannungsgenerator 6 erzeugte Wechselspannung bewirkt einen sich stetig ändernden Stromfluss durch das Kabel 7 und das aus Stahl bestehende Gehäuse 3 sowie den aus Stahl bestehenden Bohrkopf 2 der Erdrakete 1 , was wie- derum ein Magnetfeld induziert, das sich ringförmig um die Längsachse der Erdrakete
1 ausbreitet (vgl. Fig. 3). Das Magnetfeld kann dann mittels eines Empfängers, wie beispielsweise eines (Dreiachs-)Magnetometers erfasst und zur Bestimmung der Position der Erdrakete in dem Erdreich ausgewertet werden. In den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen kommt ein sogenannter „Walk-Over"-Empfänger 8 zum Einsatz, d.h. ein tragbarer Empfänger. Der Aufbau und die Funktion eines solchen
„Walk-Over"-Empfängers sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Kurz vor der Spitze des Bohrkopfs 1 endet das von dem Stromdurchflossenen Gehäuse bzw. dem Bohrkopf erzeugte Magnetfeld; dies kann von dem „Walk-Over"- Empfänger als Signalabfall erfasst werden. Hierdurch kann relativ exakt die Position der Bohrkopfspitze der Erdrakete 1 lokalisiert werden, was zur Bestimmung des Bohrverlaufs besonders vorteilhaft ist.
In der Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes System zum Lokalisieren eines Bohrgeräts einer Erdbohrvorrichtung abgebildet, bei dem gegenüber der Ausführungsform gemäß
Fig. 1 lediglich die Führung des stromführenden Kabels T verändert ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 wird das Kabel 7' außen neben dem Druckluftschlauch 5' geführt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Lokalisieren eines Bohrgeräts einer Erdbohrvorrichtung, wobei von dem Bohrgerät ein Ortungssignal ausgesendet wird, das von einem externen Emp- fänger empfangen und zur Bestimmung der Position des Bohrgeräts ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bohrgerät über eine Verbindungsleitung, die mit dem Bohrgerät verbunden ist, ein Ausgangssignal zugeleitet wird, das in das Ortungssignal gewandelt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal über eine Versorgungsleitung des Bohrgeräts übertragen wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangssignal ein durch eine Wechselspannung bedingter Stromfluss durch das Bohrgerät erzeugt wird, wodurch als Ortungssignal ein Magnetfeld erzeugt wird.
4. System zur Lokalisierung eines Bohrgeräts einer Erdbohrvorrichtung, umfassend das Bohrgerät und einen Empfänger zum Empfang und zur Auswertung von einem von dem Bohrgerät ausgesendeten Ortungssignal, gekennzeichnet durch eine externe Signalerzeugungseinrichtung, die mit dem Bohrgerät über eine Verbindungsleitung verbunden ist und ein Ausgangssignal erzeugt, das von dem Bohrgerät in das Ortungssignal gewandelt wird.
5. System gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versorgungslei- tung des Bohrgeräts als Verbindungsleitung verwendet wird.
6. System gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung und das Bohrgerät zumindest teilweise elektrisch leitend ausgebildet sind und die Signalerzeugungseinrichtung eine Wechselspannung er- zeugt, die zu einem zumindest das Bohrgerät umgebenden Magnetfeld führt.
7. System gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrgerät eine Erdrakete ist.
8. System gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorsorgungsleitung als metallarmierter Versorgungsschlauch ausgebildet ist.
9. System gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung ein Metallkabel umfasst.
10. System gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch einen im Bereich des Bohrgeräts angeordneten Sensor und Mittel zur Anzeige der Messwerte des Sensors, wobei die Messwerte über die Verbindungsleitung übertragen werden.
11. System gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Sensor zur Detektion einer vor dem Bohrgerät liegenden, stromführenden Leitung.
12. Erdbohrvorrichtung eines Systems gemäß einem der Ansprüche 4 bis 11 , umfas- send das Bohrgerät und die Verbindungsleitung.
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