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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Abdichten eines Bohrloches und zum Ausbringen von Bohrklein bzw. gelöstem Abbaumaterial mit einem Gehäuse für die Aufnahme von Dichtungselementen und einer an das Bohrloch anschliessbaren Öffnung, wobei eine Seitenwand des Gehäuses wenigstens eine Durchbrechung für den Anschluss einer Abförderleitung aufweist und die dem Bohrloch zugewandte Stirnseite des Gehäuses mit einem verriegelbaren, insbeson- dere verschraubbaren Dichtflansch für die lösbare Verbindung mit einer Bohrlochauskleidung ausgestattet ist
Einrichtung der eingangs genannten Art werden beispielsweise für Erdölbohrungen eingesetzt, wobei eine derartige Einrichtung beispielsweise in der US-A-4 529 210 beschrieben ist. Die be- kannten Einnchtungen werden auch als Blow-Out-Preventor bezeichnet.
Beim Einsatz auf dem Gebiet der Erdölbohrtechnik sind allerdings in der Regel grosse Freiräume oberhalb des Bohrloches zugänglich, sodass die bekannten Blow-Out-Preventor relativ gross bauen können und in erster Linie eine dichtende Drehlagerung für das Bohrgestänge bieten müssen Die konstruktiven Vorgaben für derartige auf dem Gebiet der Erdölbohrtechnik einsetzbare Preventor beziehen sich daher in aller Regel auf die entsprechende Drehlagerung eines dichtend geführten Bauteiles, welcher selbst als Kupplung für den Antrieb des Bohrgestänges ausgebildet ist.
Für kritische Bohreinsätze, bei welchen zunächst untertägig eine Tunnelröhre geschaffen wird und lediglich die lichte Höhe der Tunnelröhre als Freiraum zur Verfügung steht, sind derartige Einrichtungen zum Einen aufgrund ihrer Abmessung und zum Anderen aufgrund ihrer beschränkten Flexibilität für den Einsatz verschiedener Elemente nicht ohne weiteres einsetzbar. In der US-A-5 380 127 ist beispielsweise ein Verfahren zum Abbau von Mineral durch ein "Jet-Boring- System" beschrieben, bei welchem eine unterhalb eines Sees angeordnete Erzlagerstätte abge- baut wird Bei diesem bekannten Verfahren wird eine Tunnelröhre aufgefahren, worauf in der Folge nach Einbringen entsprechender Bohrungen und Auskleidungen ein Abbauwerkzeug in Form eines Flüssigkeitsstrahlkopfes für das "Jet-Boring" Verfahren in die Führungsrohre bzw.
Auskleidungs- rohre eingefahren wird und Mineral durch Hochdruckfluid, insbesondere Hochdruckwasser, heraus- gelöst und abgeleitet wird. Derartige Lagerstätten, deren Ausbau sich überaus kompliziert gestal- ten sind beispielsweise in Kanada anzutreffen, wobei die Erzlagerstätte Uranerze in hoher Konzen- tration mit entsprechender hoher Strahlenkontamination enthält. An die Sicherheit und insbesonde- re die Abdichtung derartiger Bohrungen sind besonders hohe Anforderungen gestellt, wobei noch hinzukommt, dass aus natürlichen Seen, wie sie beispielsweise oberhalb derartiger Uranerzlager- stätten anzutreffen sind, Wasser mit hohem Druck in die Bohrungen und die Führungsrohre eintre- ten kann, wobei ein Versagen der Dichtung zu einer bedeutenden Kontamination Anlass geben würde.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art für ein derarti- ges Verfahren zu schaffen, bei welchem die Gefahr einer Kontamination der Tunnelröhre ausge- schlossen werden kann und der Abbau des Materials durch Spülen der Erzlagerstätte mit Fluid unter hohem Druck und insbesondere mit Hochdruckwasser erfolgt. Für ein derartiges Verfahren muss daher die Einrichtung nicht nur die erforderliche Dichtheit gewährleisten, sondern auch die Möglichkeit bieten, Bauteile mit unterschiedlichem Durchmesser und insbesondere Bohrwerkzeuge zum Erstellen der Bohrung, Rohre für die Bohrlochauskleidung und in der Folge Fluidröhren für die Zufuhr von Fluid zu den Sprühköpfen bzw Abbauköpfen dichtend über die Einrichtung einzubrin- gen und unterhalb der Einrichtung durch Anfugen von jeweils kurzen Abschnitte zu verlängern.
Bei all diesen Manipulationen muss daher jeweils die geforderte Dichtheit sichergestellt werden, was mit einer einzelnen Dichtung keinesfalls gelingt, sodass das Anordnen unterschiedlicher Dichtungen und der rasche Austausch derartiger Dichtungen ermöglicht werden soll. Zur Lösung dieser Aufga- be besteht die erfindungsgemässe Einrichtung ausgehend von der eingangs genannten Einrichtung im wesentlichen dann, dass der Dichtflansch im Gehäuse drehbar und dichtend gelagert ist und Vorsprünge, insbesondere einen Ringbord tägt, welcher von einem Anschlag des Gehäuses über- griffen wird.
Dadurch, dass der Dichtflansch im Gehäuse drehbar und dichtend gelagert ist und Vorsprünge, insbesondere einen Ringbord, trägt, welcher von einem Anschlag des Gehäuses übergriffen wird, wird zunächst die Möglichkeit geschaffen den Blow-Out-Preventor hängend für aufwärts gerichtete Bohrungen einzusetzen, wie dies im Rahmen des mit der Einrichtung durchzu- führenden Verfahrens erforderlich ist Das Gehäuse selbst muss bei einer derartigen hängenden Anordnung dichtend mit der Bohrlochauskleidung verbindbar sein und in der Folge für die Abförde-
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rung des abzubauenden Materials entsprechend orientiert werden können.
Mit Rücksicht auf den angewandten hohen Druck können flexible Schläuche nicht ohne weiteres verwendet werden und es muss für die Abförderung ein entsprechend druckfestes Rohrsystem hoher Dichtigkeit eingesetzt werden, was nicht zuletzt mit Rücksicht auf die Kontaminationsgefahr bei Undichtheit, wesentliche sicherheitstechnische Voraussetzungen erfordert. Die Verwendung von derartigen starren dichten Rohren erfordert wiederum eine einfache Orientierbarkeit der erfindungsgemässen Einrichtung relativ zu den im Tunnel angeordneten Rohren und muss relativ kurz bauen um bei den beengten Platzverhältnissen im Inneren des Tunnels unterhalb der Einrichtung die jeweils erforderlichen Verlängerungsstücke für das Bohrgestänge bzw. die für den Abbau benötigten Rohrsysteme einbauen zu können und dichtend durch den Blow-Out-Preventor durchführen zu können.
Zu diesem Zweck wird der Blow-Out-Preventer oberhalb der Bohrstation angeordnet, wo aufgrund der kurzen Bauweise entsprechend langbauende Verlängerungseinheiten angebracht werden können, worauf nah dem Vortreiben der Bohrung ein entsprechendes Primärcasing in Form einer Bohrloch- auskleidung eingebracht wird, deren unterstes Element in der Regel durch entsprechende Verfesti- gung der Bohrlochwand, beispielsweise durch Einpressen von Beton, im Bohrloch festgelegt wird, worauf der Dichtflansch beispielsweise mit dem letzten Rohrabschnitt verschraubt werden kann.
Für eine derartige Verschraubung ist es wiederum erforderlich, dass der Dichtflansch drehbar im Inneren des Gehäuses dichtend gelagert ist.
Zur weiteren Verbesserung der Sicherheit ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass der Dichtflansch von einer Dichtmanschette umgeben ist, welche in Richtung der Achse des Bohr- loches gegen den Rand des Bohrloches pressbar ist. Eine derartige Dichtmanschette erlaubt eine vollständige Staubabdichtung zur Tunnelauskleidung bereits in der Bohrphase und ist als zusätzli- ches Sicherheitselement von besonderem Vorteil. Der Halteflansch bzw. Dichtflansch ermöglicht die Abstützung des am Gebirge hängenden Preventors und muss auch bei Auftreten von üblichen Drucken von bis zu 70 bar, die auf die Dichtung im Preventor wirken, diese Drücke unmittelbar am Gebirge abfangen, ohne dass Material in die Drillstation abgeleitet wird.
Die in Richtung der Achse des Bohrloches gegen den Rand des Bohrloches pressbare Dichtmanschette ist mit Vorteil so ausgebildet, dass konzentrisch zur den Dichtflansch umgebenden Dichtmanschette zwischen dem Gehäuse und einer an den Rand des Bohrloches anpressbaren Dichtung eine Druckfeder, insbe- sondere eine Schraubenfeder, angeordnet ist, wobei die Anpressung mittels eines Hydraulikzylin- ders justierbar sein kann und die Druckfeder, insbesondere Schraubenfeder, eine entsprechend elastisch nachgiebige Anpassung an den Rand des Bohrloches sicherstellt
Mit Vorteil ist die erfindungsgemässe Einrichtung so ausgebildet, dass an der Seitenwand des Gehäuses Anschlüsse für Spüldüsen im Inneren des Gehäuses münden,
wobei vorzugsweise wenigstens eine Spüldüse im Inneren des Gehäuses auf ein Bohrgestänge oder ein Förderrohr zum Einbringen von Abbaufluid zu einem mit Fluid betriebenen Abbaukopf gerichtet ist und vor- zugsweise wenigstens eine Spüldüse im Inneren des Gehäuses in tangentialer Richtung zur Abför- derleitung orientiert ist.
Mit derartigen speziell orientierten Spüldüsen kann beispielsweise beim Zurückziehen von Teilen des Bohrgestänges oder der Verrohrung für den Jet-Boring-Kopf dem Aussenumfang derartiger Teile anhaftendes Material sicher abgespült werden, sodass die Dicht- wirkung auch bei derartigen axialen Verschiebungen sicher aufrechterhalten werden kann Mittels der in im wesentlichen tangentialer Richtung orientierten Spüldüsen kann die Abförderung des gewonnenen Materials in die in der Tunnelröhre verlaufende Leitung unterstützt werden und am Materialaustrag besser in den Austragskanal umgeleitet werden, was insbesondere bei hohen Anteilen an Bohrklein bzw. gelöstem Mineral im Fluidstrom von besonderem Vorteil ist.
Für den raschen Austausch der für die unterschiedlichen Einsatzphasen jeweils unterschiedlich ausgebildeten Dichtungselemente ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass die Befestigungs- glieder für Dichtungselemente an der dem Bohrloch abgewandten Stirnseite des Gehäuses als Bajonettverschlussglieder ausgebildet sind, wobei vorzugsweise mit den Gehäuse ein drehbarer Bajonettring verbunden ist, welcher mit einem, insbesondere hyraulischen, Antrieb verbunden ist Insbesondere mit einem derartigen drehbaren und hydraulisch betätigbaren Bajonettring lässt sich bei entsprechender Ausgestaltung der Verschlussglieder ein einfaches Einpressen und Lösen von Dichtungselementen bzw.
von Tragteilen der Dichtungselemente bewirken, wobei mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, dass die Dichtelemente kegelstumpfförmig oder in einem kegelstumpf- förmigen Träger festgelegt sind und die der dem Bohrloch abgewandten Stirnseite des Gehäuses
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benachbarten Innenwandbereiche entsprechend hohlkegelig ausgeformt sind. Eine derartige Ausbildung erlaubt es auch hohe Drucke sicher aufzunehmen, wobei mit Rücksicht auf die hängen- de Anordnung und dem Umstand, dass über derartigen Erzlagerstätten, beispielsweise auch ein natürlicher See liegen kann, auch besonders hohe Drucke sicher aufgenommen werden können müssen.
Mit Vorteil ist die Ausbildung hiebei so getroffen, dass die an der dem Bohrloch abgewand- ten Stirnseite im Gehäuse festlegbaren Dichtungselemente als Wellen- oder Stangendichtungen zur Abdichtung von drehbaren und/oder axial verschiebbaren Bohrstangen und/oder Rohren für die Zufuhr von Druckmedien zu Abbauwerkzeugen ausgebildet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei- spieles für die besonderen Einsatzbedingungen des eingangs genannten Abbauverfahrens näher erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemässen Einrichtung in ihrer Orientierung zu einer Bohrstation teilweise im Schnitt, Fig. 2 eine Darstellung entsprechend der Fig. 1 nach dem Einsetzen des Dichtflansches.
Fig. 3 eine analoge Darstellung wie Fig. 1 und 2 nach dem Einbringen der Verrohrung für das Jet-Boring, Fig. 4 einen Axialschnitt durch die Einrichtung entsprechend der Fig. 3 mit eingesetzter Hochdruckdichtung, Fig. 5 eine Darstellung entsprechend der Fig. 4 mit einer einfachen Staubdichtung für das Bohrgestänge, Fig. 6 einen Schnitt entsprechend der Fig. 5 mit den entsprechenden Anschlüssen für die Verstel- lung des Bajonettnnges bzw. für die Zufuhr von Spülmedium zu den Spüldüsen und Fig. 7 eine Draufsicht auf den Verschlussring für die Festlegung der Dichtelemente
In Fig.
1 ist die Startphase des Abbauverfahrens, wie es in der US-A-5 380 127 ausführlich be- schrieben wurde, schematisch erläutert Auf einem Bohrgestell 1 ist der Blow-Out-Preventor 2 festgelegt, wobei eine elastische Dichtmanschette 3 durch eine Schraubenfeder 4 an die Ausklei- dung 5 des Tunnels angepresst ist und ein Bohrwerkzeug 6 mit der Bohrstation 1 verbunden ist.
Das Bohrwerkzeug 6 wird in der Folge in Richtung des Pfeiles 7, d. h. in Achsrichtung der Bohrung, vorgetrieben, wobei jeweils kurze Verlängerungsstücke in der Bohrstation 1 zwischen Antrieb und Bohrkrone zwischengeschaltet werden. Die Dichtmanschette 3 gewährleistet in dieser Phase eine vollständige Staubabdichtung zur Tunnelauskleidung, wobei bei der Darstellung nach Fig. 1 zu- sätzlich ein Manipulator 8 ersichtlich ist, mit welchem das Bohrwerkzeug bzw. die Verlängerungs- stangen jeweils in die entsprechende Position im Inneren der Bohrstation verschwenkt werden können.
Die Bohrstation 1 weist hydraulische Zylinderkolbenaggregate 9 zur Justierung der Höhen- lage auf, wobei bei einem Verlängern des Bohrgestänges das jeweils bereits eingetriebene Bohr- gestänge im Bereich der Plattform 10 des Bohrgestänges, beispielsweise durch nicht dargestellte Klemmen oder Klauen gehalten wird, sodass unterhalb das entsprechende Verlängerungsstück eingebaut werden kann.
Bei der Darstellung nach Fig 2 wurde das Bohrgstange bereits wiederum ausgebaut und eine Bohrlochauskleidung 11 in das Bohrloch eingebracht. Im der Tunnelauskleidung benachbarten Bereich wird das Material durch Betoninjektionen 12 gesichert und es wird in der Folge ein Dicht- flansch 13 mit dem unteren Teil der Bohrlochauskleidung 11 verschraubt. Der Blow-Out-Preventor 2 stützt sich über einwärt gerichtete Flansche 14 an einem entsprechenden auswärts gerichteten Ringbord 15 des Dichtflansches 13 ab, sodass er hängend am Gebirge gehalten wird. Zusätzlich ist wiederum die Dichtmanschette 3 vorgesehen, welche durch Schraubenfedern 4 gegen die Tunnel- auskleidung 5 gepresst wird.
In dieser Phase ist das Gehäuse des Blow-Out-Preventors 2 druckfest und dicht mit der Bohrlochauskleidung 11 verbunden und es können über den Manipulator 8 die entsprechenden Zuleitungsrohre für das hydraulische Abbauverfahren, d h. das Jet-Boring, einge- bracht werden In dieser Phase wird, wie insbesondere in Fig 3 ersichtlich, eine entsprechende hochdruckfeste Dichtung 16 an der dem Bohrloch abgewandten Stirnseite des Gehäuses des Bohrloch-Preventors 2 festgelegt, sodass nunmehr die Zuführungsrohre 17 für das Druckfluid dichtend in die Bohrlochverrohrung 11eingeschoben werden können.
Die Details der Konstruktion sind in den Fig. 4 bis 7 deutlicher dargestellt. In Fig. 4 ist die Anordnung und Abstützung der Schraubenfeder 4 für die federnde Anstellung der Manschette 3 an die Tunnelauskleidung deutlich ersichtlich Zu diesem Zweck ist eine Stirnplatte 18 mit einer ent- sprechenden umlaufenden Dichtung 19 vorgesehen, an welcher ein Ende der Feder 4 abgestützt ist, deren anderes Ende an einem gehäusefesten Ringflansch 20 abgestützt ist. Der Dichtflansch 13, welcher ein Innengewinde 21 zur Verschraubung mit der Bohrlochauskleidung 11trägt, ist über Dichtringe 22 dichtend gegenüber dem Gehause 23 des Blow-Out-Preventors gelagert, wobei die
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Lagerung eine Verdrehung des Dichtflansches 13 ohne Verlust der Dichtwirkung ermöglicht, wobei Angriffstellen für ein entsprechendes Werkzeug schematisch mit 24 angedeutet sind.
In Fig. 4 sind weiters Anschlüsse 25 zu Spüldüsen 26 ersichtlich, deren Sprühachse die Achse 27 des Bohrloches bzw. der Rohre schneiden, sodass bei einer axialen Verschiebung der Rohre 17 am Aussenmantel anhaftendes Material abgespült wird und in Richtung der Austragsöffnung 28 gespült wird. An diese Austragsöffnung wird die starre Verrohrung im Inneren des Tunnels ange- schlossen.
Das hochdruckfeste Dichtelement 29 weist einen Träger 30 auf, mit welchem elastomere Dicht- ringe 31 verbunden sind. Zur Verbesserung der Dichtwirkung sind Spülkanäle 32 vorgesehen, mit welchen Hohlräume zwischen Dichtungselementen und dem Rohrgestänge unter Überdruck gehal- ten werden können, sodass ein Eindringen von Bohrklein verhindert wird und gegebenenfalls eintre- tendes Material ausgespült werden kann.
Mit 33 ist ein zweiteiliger Ring bezeichnet, welcher einen entsprechenden Ringflansch 34 um- kreist, an welchem mit Schraubenbolzen 35 ein Bajonettring 36 festgelegt wird. Der Träger 30 der Dichtelemente 31 weist entsprechende Bajonettausnehmungen bzw. Vorsprünge auf und ist selbst konisch ausgestaltet, sodass durch Verdrehen des Bajonettringes 36 nicht nur eine axiale Siche- rung der Dichtelemente, sondern gleichzeitig auch ein axialer Druck auf die Dichtelemente ausge- übt werden kann. Da der Aussenmantel des Trägers 30 der Dichtelemente, wie mit 37 ersichtlich ist, kegelstumpfförmig ausgebildet ist und die entsprechende Gegenwandung des Gehäuses 23 kege- lig ausgebildet ist, gelingt es eine hochfeste und dichtende Festlegung der Dichtelemente sicher- zustellen.
Bei der Darstellung nach Fig. 5 ist lediglich die einfache Staubabdichtung vorgesehen und es ist daher anstelle des Dichtelementes 30,31 ein einfacher bauendes Dichtelement 38 mittels des Bajonettringes 36 festgelegt. In dieser Ausrüstung kann die Bohrung vorangetrieben werden, wobei bei der Darstellung nach Fig 5 die unterschiedlich orientierten Sprühdüsen 26 ersichtlich sind Seitlich neben der Dichtmanschette 3 ist ein federbelasteter Taststift 39 ersichtlich, zu Mess- und Kalibrierungszwecken dient. Weiters ist in der Darstellung nach Fig. 5 ein hydraulisches Zylinder- kolbenaggregat 40 ersichtlich, mit welchem zusätzlich zur Kraft der Feder 4 das Dichtelemente 19 und die Manschette 3 in ihrer dichtenden Position an der Auskleidung des Tunnels gehalten wer- den kann.
Wie in Fig. 6 ersichtlich, sind seitlich des Gehäuses 23 des Blow-Out-Preventors 2 Rohrflan- sche 41 angeordnet, über welche die Spülmittelzufuhr zu den Düsen 26 erfolgt. In Fig 6 ist weiters die Lagerung des Bajonettringes 33,36 ersichtlich und eine Anlenkstelle 42 für ein Zylinderkolben- aggregat dargestellt, welches der Verdrehung dieses Bajonettringes zur Freigabe bzw. Festlegung der Dichtelemente dient. Die Details der Schwenkbarkeit des Bajonettringes sind hiebei aus Fig. 7 ersichtlich, in welcher der Bajonettring 36 in seiner Unteransicht ersichtlich ist.
Mit einem Gestän- ges 43 eines hydraulischen Zylinderkolbenaggregates gelingt es den Bajonettring in Richtung des Doppelpfeiles 44 zu verschwenken, sodass die entsprechenden Bajonettausnehmungen 45 entwe- der in fluchtende Lage zu den entsprechenden Vorsprüngen 46 des jeweils eingesetzten Dich- tungselementes gelangen oder nach einer Verschwenkung über Keilflächen an den Vorsprüngen 46 eine entsprechende axiale Druckkraft auf das Dichtungselemente ausüben. Bei der Darstellung nach Fig. 7 ist hiebei der Träger 30 des Hochdrucksicherheitselementes in der Unteransicht ersichtlich, wobei mit 47 die Grundplatte des Blow-Out-Preventors zur Festlegung an der Platte 10 der Bohrstation 1 bezeichnet ist.
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