CH701488A1 - Bohrrohr für eine Bohrvorrichtung zum Ausführen von Horizontalbohrungen. - Google Patents

Abstract

Das Bohrrohr (1) ist für eine Bohrvorrichtung zum Ausführen von Horizontalbohrungen ausgebildet und umfasst einen vergleichsweise leichten Rohrkörper (3) aus einem Faser-Verbund-Kunststoff. Der Rohrkörper (3) hat trotz hoher Torsionssteifigkeit eine relativ grosse Biegeelastizität. Mehrere Bohrrohre (1) können mittels an deren Enden ausgebildeter Kupplungselemente (5a, 5b) zu einem Bohrgestänge zusammengesetzt werden. Die strömungsgünstige Ausbildung der Kupplungselemente (5a, 5b) und die vergleichsweise grossen Innendurchmesser der Rohrkörper (3) ermöglichen selbst bei Bohrrohren (1) mit kleinen Aussendurchmessern die Durchleitung von Druckluft ohne starken Druckabfall.

Description

[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Bohrrohr für eine Bohrvorrichtung, die zum Ausführen von Horizontalbohrungen ausgebildet ist, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Zum Verlegen von Leitungen im Erdreich werden heute zunehmend grabenlose Techniken eingesetzt. Im Vergleich zur herkömmlichen Aushebung von Gräben entstehen dabei keine Landschaftsschäden. Gebäude, Bahnlinien, Strassen, Gewässer oder andere Hindernisse werden dabei von einem steuerbaren Bohrkopf bzw. Bohrmeissel einer sogenannten Horizontalbohranlage unterquert bzw. umfahren. Der Bohrkopf ist am vorderen Ende eines Bohrgestänges angeordnet. Dieses umfasst mehrere mittels Gewindekupplungen miteinander verschraubte Bohrstangen bzw. Bohrrohre. Das hintere Ende des Bohrgestänges wird von einer an einem Rahmen befestigten Bohrmaschine angetrieben, wobei der Bohrdrehsinn dem Anzugsdrehsinn der Bohrstangengewinde entspricht. Der Antrieb des Bohrmeissels erfolgt in der Regel pneumatisch, wobei von einem Kompressor am hinteren Ende des Bohrgestänges Druckluft in die zusammengeschraubten Bohrrohre eingespeist und zum Bohrmeissel geführt wird. Bei Bohrungen in einem verdichtbaren bzw. komprimierbaren Medium wie z.B. Erde, Sandstein oder Seekreide können Bohrvorrichtungen eingesetzt werden, die das Medium beim Vortreiben des Bohrkopfs lediglich verdrängen. Solche Bohrvorrichtungen sind in der Regel für Trockenbohrungen ohne Spülflüssigkeit ausgebildet. Es sind auch andere Bohrvorrichtungen bekannt, bei denen das Medium durch den Bohrkopf ausgebrochen und beispielsweise mittels Wasser oder Druckluft oder anderen Mitteln nach aussen gespült bzw. gefördert wird. Beim Vortrieb des Bohrgestänges wird jeweils an dessen Ende ein weiteres Bohrrohr angeschraubt, sobald die vorangehende Vortriebslänge der Länge eines Bohrrohrs entspricht. Herkömmlich sind die Bohrrohre aus Stahl gefertigt und entsprechend unhandlich und schwer. Sie umfassen jeweils am einen Ende eine Gewindehülse mit einem Innengewinde und am anderen Ende einen Gewindezapfen mit einem Aussengewinde, wobei diese Gewinde genormte American Petroleum Institut- bzw. kurz API-Gewinde sind. Es ist bekannt, solche Gewindekupplungen direkt einstückig an einem Rohrstück auszubilden oder durch Schweissen, unter anderem durch Reibschweissen, mit dem Rohrstück zu verbinden. Zum Befestigen eines zusätzlichen Bohrrohrs am Bohrgestänge kann das Bohrgestänge z.B. mittels eines Gabelschlüssels am Gerüst der Bohrmaschine festgehalten werden, während durch die Rotationsbewegung der Bohrmaschine das zusätzliche Bohrrohr festgeschraubt wird. Herkömmliche Bohrrohre aus Stahl haben relativ grosse Wandstärken und demzufolge relativ geringe freie Innenquerschnittsflachen. Sie lassen sich nur geringfügig elastisch verformen bzw. biegen. Die minimalen Krümmungsradien beim Bohren liegen in der Grössenordnung von etwa 25 m. Wirken grössere Biegemomente auf ein Bohrrohr aus Stahl, so können zwar die minimalen Krümmungsradien weiter bis auf 15 m reduziert werden, jedoch werden dabei die Bohrrohre in der Regel auch plastisch verformt. Entsprechend niedrig sind die Standzeiten bei solchen Einsatzbedingungen. Trockenbohrungen mit kleinen Bohrlochdurchmessern von z.B. 5 cm können oft in einem einzigen Durchgang erstellt werden. Zur Erstellung von Bohrlöchern mit grösseren Durchmessern wird in der Regel eine Pilotbohrung mit einem kleinen Bohrlochdurchmesser durchgeführt. Vor dem Zurückziehen des Bohrgestänges wird der Bohrmeissel durch ein Raum- oder Verdrängungswerkzeug ersetzt. Beim Rückzug des Bohrgestänges weitet das Verdrängungswerkzeug das Bohrloch auf den gewünschten Durchmesser auf. Der Drehsinn beim Zurückziehen ist in der Regel gleich wie bei Vortrieb. Das Verdrängungswerkzeug kann ebenfalls durch Druckluft angetrieben werden. Bohrrohre, die für Trockenbohrungen ausgelegt sind und in Verbindung mit Bohrmeisseln eingesetzt werden, die nach dem Verdrängungsprinzip arbeiten, haben in der Regel Aussendurchmesser im Bereich von etwas weniger als 5 cm bis etwa 30 cm. Bohrrohre mit kleinen Innendurchmessern verursachen mit zunehmender Länge einen relativ grossen Druckabfall der zum Antrieb des Bohrmeissels benötigten Druckluft. Dies gilt insbesondere auch im Bereich der Gewindekupplungen, wo sich der Innenquerschnitt herkömmlicher Bohrgestänge in Längsrichtung gesehen jeweils abrupt verringert.

[0003] Ein weiterer Nachteil von Bohrrohren aus Stahl ist deren elektrische Leitfähigkeit. Elektrische Spannungen können leicht vom Bohrkopf zur Bohrmaschine übertragen werden. Trifft der Bohrkopf während des Bohrens versehentlich auf eine elektrische Leitung, kann dies für Personen im Bereich der Bohrmaschine lebensgefährlich sein. Zur Minimierung der Gefahr eines Stromschlags werden herkömmlich batteriebetriebene Warngeräte mit der Bohrvorrichtung verbunden. Diese geben aber lediglich ein akustisches Warnsignal aus, wenn das Bohrgestänge unter Spannung steht. Ein effektiver Personenschutz kann dabei nur mittels einer aufwändigen zusätzlichen Erdung erreicht werden.

[0004] Zur Steuerung der Bohrrichtung wird ein Ortungssystem verwendet, welches die Lage des Bohrkopfs z.B. anhand von magnetischen Eigenschaften oder anhand von Funksignalen einer Radiosonde ermitteln kann. Weicht die erfasste Ist-Position von einer vorgegebenen Soll-Position ab, wird auf den Bohrkopf eine radiale Kraft ausgeübt, derart, dass der Bohrkopf beim Vortreiben möglichst genau auf der vorgegebenen Bahn bleibt. Für diesen Zweck kann der Bohrkopf z.B. eine bezüglich der Bohrachse asymmetrisch ausgebildete Keilform mit einer Führungsfläche aufweisen. Beim Vorschub ohne Rotation bestimmt die jeweilige Orientierung der Führungsfläche den weiteren Verlauf der Bohrung. Beim Vorschub mit Rotation hingegen gleichen sich die radial auf die Führungsfläche wirkenden Kräfte im Mittel aus, sodass die Bohrrichtung geradlinig verläuft.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vergleichsweise leichtes, einfach handhabbares und effizientes Bohrrohr für eine Bohrvorrichtung zu schaffen. Mit einem aus solchen Bohrrohren zusammengesetzten Bohrgestänge können Bohrungen mit vergleichsweise geringen Krümmungsradien erstellt werden.

[0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bohrrohr gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

[0007] Das erfindungsgemässe Bohrrohr umfasst einen Rohrkörper aus einem vielschichtigen Faser-Verbund-Kunststoff (FVK). Im Vergleich zu herkömmlichen Bohrrohren aus Stahl sind die erfindungsgemässen Bohrrohre deutlich leichter und haben dennoch eine hohe Torsionssteifigkeit. Zudem ist die Biegeelastizität der erfindungsgemässen Bohrrohre wesentlich grösser als jene von herkömmlichen Bohrrohren, sodass problemlos Bohrungen mit relativ kleinen Biegeradien von weniger als 15 m durchgeführt werden können. Mit besonders optimierten Rohren dieser Art können sogar Biegeradien von 8 m und weniger erreicht werden, wobei das Bohrrohr jeweils zerstörungsfrei elastisch verformt wird.

[0008] Zur Verhinderung oder Verminderung des Verschleisses bzw. der Verletzung von Fasern beim Bohren können das Bohrrohr oder Teile davon mit einer abriebfesten Schutzschicht ummantelt sein. Diese ist vorzugsweise erneuerbar. Sobald die Schutzschicht abgenutzt ist, kann eine neue Schutzschicht aufgetragen werden, wodurch sich die Standzeit der Bohrrohre deutlich verlängert. Die Schutzschicht kann beispielsweise ein Laminat mit Aramidfasern umfassen, die in einer oder mehreren Lagen unidirektional gewunden sind. Aramid ist sehr zäh und hat ein hohes elastisches Energieaufnahmevermögen. Selbstverständlich kann bei Bedarf auch die Innenwand des Bohrrohrs eine solche Schutzschicht umfassen. Insbesondere kann die innerste Schicht als sehr dünnwandiges Rohr mit guten Gleiteigenschaften ausgebildet sein. Dies erleichtert bei der Herstellung der Bohrrohre das Abziehen der Rohrkörper von der Spindel einer Wickelmaschine.

[0009] Die Wandstärken der erfindungsgemässen Bohrrohre sind in der Regel kleiner als jene vergleichbarer herkömmlicher Bohrrohre aus Stahl. Entsprechend sind die freien Innenquerschnitte zum Durchleiten von Druckluft für den Betrieb des Bohrmeissels grösser. Der Druckabfall im Rohr ist folglich relativ klein. Dies gilt insbesondere bei Bohrrohren mit kleinen Aussendurchmessern von z.B. weniger als 60 mm wie sie vorzugsweise zum Erstellen von Pilotbohrungen oder bei Bohrungen für Hausanschlüsse verwendet werden.

[0010] Durch strömungsgünstig ausgebildete Kanäle kann der Druckabfall im Bereich der Kupplungselemente stark reduziert werden. Anstelle von sprunghaften Änderungen des freien Innenquerschnitts der Bohrrohre im Bereich der Kupplungselemente infolge von Absätzen weisen die erfindungsgemässen Kupplungselemente in Strömungsrichtung möglichst kontinuierlich ändernde freie Innenquerschnitte auf, sodass die Gefahr von Turbulenzen bzw. Verwirbelungen der im Bohrgestänge geförderten Druckluft minimal ist. Im Weiteren umfassen die Bohrrohre elektrisch isolierende Teile oder Bereiche, derart, dass keine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Bohrkopf und dem hinteren Ende des Bohrgestänges möglich ist. Sollte der Bohrkopf beim Bohren versehentlich auf eine elektrische Leitung treffen, ist damit der Schutz von Personen vor Stromschlägen sichergestellt.

[0011] Im Vergleich zu herkömmlichen Bohrrohren ist der energetische Wirkungsgrad mit den erfindungsgemässen Bohrrohren bedeutend grösser.

[0012] Anhand einiger Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen <tb>Fig. 1<sep>ein herkömmliches Bohrrohr mit einem Rohrkörper aus Stahl mit sprunghaft kleineren Innendurchmessern im Bereich der Kupplungsteile, <tb>Fig. 2<sep>eine erste Ausführungsform eines strömungsgünstig ausgebildeten Bohrrohrs, <tb>Fig. 3<sep>eine zweite Ausführungsform eines strömungsgünstig ausgebildeten Bohrrohrs, <tb>Fig. 4<sep>eine Detailansicht im Bereich zweier zusammengeschlossener Bohrrohre entsprechend der Ausführungsform gemäss Fig. 3, <tb>Fig. 5<sep>eine schematische Darstellung des Rohrkörpers mit in unterschiedlicher Weise gewundenen Fasern, <tb>Fig. 6<sep>ein Querschnitt eines mehrschichtigen Rohrkörpers, <tb>Fig. 7<sep>ein schematisch dargestelltes, elastisch gebogenes Bohrgestänge.

[0013] Fig. 1 zeigt ein Bohrrohr 1, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Es umfasst einen Rohrkörper 3 aus Stahl. Der Aussendurchmesser des Rohrkörpers 3 ist mit D1 bezeichnet, der Innendurchmesser mit D2. Am einen Ende ist ein erstes Kupplungsteil 5a fest mit dem Rohrkörper 3 verbunden, am anderen Ende ein mit dem ersten Kupplungsteil 5a korrespondierendes zweites Kupplungsteil 5b. Im in Fig. 1 dargestellten Beispiel umfassen das erste Kupplungsteil 5a ein konisches Aussengewinde und das zweite Kupplungsteil 5b ein entsprechendes Innengewinde gemäss API (American Petroleum Institute)-Standard. Die Kupplungsteile 5a, 5b oder allgemein die Fittinge haben an der dem Rohrkörper 3 zugewandten Seite einen Anschlussstutzen 7a, 7b, mit einem an den Innendurchmesser D2 des Rohrkörpers 3 angepassten Aussendurchmesser und mit einer Länge La bzw. Lb. Diese Anschlussstutzen 7a, 7b sind vollständig von den jeweiligen Enden her in den Rohrkörper 3 eingeschoben oder eingepresst und mit diesem verbunden. Eine an den Anschlussstutzen 7a, 7b angrenzende und diesen radial überragende Schulter 9a, 9b des Kupplungsteils 5a, 5b mit grösserem Aussendurchmesser D3, D4 liegt an der jeweiligen Stirnseite des Rohrkörpers 3 an. Die Kupplungsteile 5a, 5b sind z.B. mit dem Rohrkörper 3 verschweisst. Das erste Kupplungsteil 5a umfasst einen als durchgehende axiale Bohrung ausgebildeten ersten Kanal 11a mit einem Innendurchmesser D5. Am vorderen bzw. äusseren Ende hat das erste Kupplungsteil 5a einen Aussendruchmesser D6, der entsprechend der Konizität dieses ersten Kupplungsteils 5a kleiner ist als der Aussendurchmesser D3 im Bereich der Schulter 9a. Die äussere Öffnung des ersten Kanals 11a ist somit von einem ringförmigen äusseren Absatz 13a der Stärke (D6-D5)/2 ummantelt. Die innere Öffnung des ersten Kanals 11a ist in analoger Weise von einem ringförmigen inneren Absatz 15a der Stärke (D2-D5)/2 ummantelt.

[0014] Das zweite Kupplungsteil 5b umfasst einen durchgehenden axialen zweiten Kanal 11b, der im Bereich des Anschlussstutzens 7b einen konstanten Durchmesser D7 aufweist und sich nach aussen hin trichterartig aufweitet. In diesem Abschnitt ist das konische Innengewinde ausgebildet. Am äusseren Ende hat das zweite Kupplungsteil 5b einen Innendurchmesser D8, der entsprechend der Konizität dieses zweiten Kupplungsteils 5b grösser ist als der Innendurchmesser D7 im Bereich der Schulter 9b. Die äussere Öffnung des zweiten Kanals 11b ist somit, von einem ringförmigen äusseren Absatz 13b der Stärke (D4-D8)/2 ummantelt. Die innere Öffnung des zweiten Kanals 11b ist in analoger Weise von einem ringförmigen inneren Absatz 15b der Stärke (D2 -D7)/2 ummantelt.

[0015] Bei zu Bohrgestängen zusammengesetzten herkömmlichen Bohrrohren können die Absätze 13a, 15a, 13b, 15b bzw. abrupt ändernde und. kleine Innendurchmesser bei der Durchleitung von Druckluft Turbulenzen und relativ hohe Druckverluste verursachen.

[0016] Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemässes Bohrrohr 1, bei dem die Kupplungsteile 5a, 5b strömungsgünstig ausgebildet sind. Im Unterschied zur herkömmlichen Ausführungsform gemäss Fig. 1erweitern sich die Strömungsquerschnitte der beiden Kanäle 11a, 11b im Bereich der Anschlussstutzen 7a, 7b kontinuierlich, sodass beim Durchströmen von Luft möglichst keine Turbulenzen und Druckverluste auftreten.

[0017] Im Bereich der dem Rohrkörper 3 zugewandten Enden der Anschlussstutzen 7a, 7b sind die Innendurchmesser D5 ́, D7 ́ nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser D2 des Rohrkörpers 3. Die zum Rohrkörper 3 hin gerichteten inneren Absätze 15a, 15b sind so klein, dass sie die Strömung nur noch unwesentlich beeinflussen. Diese Absätze 15a, 15b können auch abgerundet ausgebildet sein (keine Darstellung). Alternativ können die Endabschnitte des Rohrkörpers 3 auf einer Länge, die der Länge La bzw. Lb der Anschlussstutzen 7a bzw. 7b entspricht, (eventuell zuzüglich einem geringen Spiel), gegenüber dem restlichen Innendurchmesser D2 leicht vergrösserte Innendurchmesser D2 ́ aufweisen, wie dies in Fig. 3dargestellt ist. Die Anschlussstutzen 7a, 7b haben gleichermassen entsprechend vergrösserte Aussendurchmesser. Die stirnseitigen Absätze 15a, 15b der Anschlussstutzen 7a, 7b schliessen bei dieser Ausführungsform bündig an die Innenwand des restlichen Rohrkörpers 3 an.

[0018] In analoger Weise ist beim zweiten Kupplungsteil 5b im Übergangsbereich zwischen dem Anschlussstutzen 7b und dem Bereich mit dem konischen Innengewinde ein Absatz ausgebildet, der dem Absatz 15a am vorderen Ende des ersten Kupplungsteils 5a entspricht. Dies ermöglicht den bündigen Anschluss des ersten Kupplungsteils 5a eines weiteren Bohrrohres 1. Innerhalb des zweiten Anschlussstutzens 7b verjüngt sich der Innendurchmesser vom grösseren Wert D7 ́ am vorderen, dem Rohrkörper 3 zugewandten Ende kontinuierlich zu einem kleineren Wert D7 ́ ́ am hinteren Ende. Anschliessend erweitert sich der Innendurchmesser sprungartig auf den Wert D7 am vorderen Ende des Abschnitts mit dem konischen Innengewinde. Die Breite des so gebildeten ringförmigen Absatzes entspricht jener des Absatzes 13a am vorderen Ende der ersten Kupplungsteils 5a, sodass die Innenquerschnitte zweier miteinander verbundener Bohrrohre 1 bündig aneinander anschliessen. Fig. 4zeigt einen vergrösserten Ausschnitt im Bereich der Verbindungsstelle zweier miteinander verbundener Bohrrohre 1 entsprechend der Ausführungsform gemäss Fig. 3. Zwischen dem stirnseitigen vorderen Absatz 13a am vorderen Ende einen Bohrrohrs 1 und dem gegenüberliegenden ringförmigen Absatz des anderen Bohrrohrs 1 verbleibt im gekoppelten Zustand ein schmaler Spalt 17. Dadurch wird die einwandfreie kraftschlüssige Verbindung der Bohrrohre 1 mittels der Gewinde-Kupplungsteile 5a, 5b sichergestellt. Optional kann dieser Spalt 17 durch Einlage eines elastisch zusammenpressbaren losen oder an einem der Kupplungsteile 5a, 5b befestigten Dichtungsring ausgefüllt werden (nicht dargestellt). Dies bewirkt eine weitere Verbesserung der Druckdichtheit der Bohrrohre 1.

[0019] Nebst den beispielhaft dargestellten Ausführungsformen umfasst die Erfindung auch Bohrrohre 1 mit anders ausgestalteten Kupplungsteilen 5a, 5b, bei denen sich der Innenquerschnitt innerhalb dieser Kupplungsteile 5a, 5b zum Rohrkörper 3 hin möglichst kontinuierlich aufgeweitet. Die Aufweitung kann sich über die ganze Länge der Kupplungsteile 5a, 5b oder nur über einen oder mehrere Abschnitte dieser Kupplungsteile 5a, 5b erstrecken. Die radiale Aufweitung des Innenquerschnitts kann einen oder mehrere lineare und/oder - wie in den Fig. 2, 3und 4dargestellt - in beliebiger strömungsgünstiger Form ausgebildete Abschnitte umfassen. Zumindest sollten die Übergänge zwischen den unterschiedlichen Innendurchmessern nicht nur je einen einzigen sprunghaften Absatz aufweisen.

[0020] Fig. 5 zeigt prinzipiell den Aufbau eines Rohrkörpers 3 aus Verbund-Faser-Kunststoff Bei solchen Bohrrohren 1 sind Fasern 19a eines ersten Fasertyps mit hohem Elastizitätsmodul wie z.B. Kohlestofffasern unter einem Steigungswinkel α1 von betragsmässig weniger als 60°, vorzugsweise etwa 45°, und Fasern 19b eines zweiten Fasertyps mit einem geringeren Elastizitätsmodul wie z.B. Glasfasern unter einem Steigungswinkel α2von betragsmässig mehr als 60°, vorzugsweise etwa zwischen 75° und -85°, in eine Matrix 21 aus einem Harz eingebettet und zu einem Rohrkörper 3 gewunden. Die Fasern 19a, 19b sind in einer Vielzahl von Lagen jeweils unidirektional und dicht oder mit sehr geringem gegenseitigem Abstand gewunden. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 5 nur wenige Fasern 19a, 19b dargestellt, bei denen der Steigungswinkel α1 der ersten Fasern 19a etwa 45° und -45° und der Steigungswinkel α2der zweiten Fasern 19b etwa 25° und -25° beträgt.

[0021] Fig. 6 zeigt schematisch einen Querschnitt des Rohrkörpers 3, bei dem eine innere erste Schicht 23 mit Glasfasern von einer zweiten Schicht 25 mit Kohlestofffasern ummantelt ist. Die zweite Schicht 25 wiederum ist von einer dritten Schicht 27 aus Glasfasern ummantelt. Die äusserste Schicht 29 ist als Schutzschicht mit laminierten Aramidfasern ausgebildet. Die Schichten 23, 25, 2.7 mit Glasfasern und Kohlestofffasern umfassen je eine Mehrzahl von z.B. zwei bis z.B. 50 Lagen dieser Fasern 19a, 19b. Die Orientierung der Fasern in jeder der einzelnen Schichten 23, 25, 27 kann von Lage zu Lage gleich oder unterschiedlich sein. Dies gilt auch für die Schutzschicht aus Aramidfasern. Alternativ könnte die Schutzschicht auch in anderer Weise ausgebildet sein. Als Werkstoff für die Matrix 21 wird vorzugsweise ein aushärtendes Epoxyharz verwendet. Nebst der äussersten Schicht 29 kann zusätzlich auch auf der Innenseite des Rohrkörpers 3 eine Schutzschicht ausgebildet sein (nicht dargestellt).

[0022] Der Rohrkörper 3 kann zylindrisch oder leicht konisch ausgebildet sein. Letzteres erleichtert das Abziehen des Rohrkörpers 3 von einer Spindel nach dessen Fertigung. Insbesondere besteht die Möglichkeit, die Fasern auf ein sehr dünnwandiges Kernrohr aufzuwickeln, welches nach der Fertigstellung als innere Schutzschicht im Rohrkörper 3 verbleibt (nicht dargestellt).

[0023] Die zweite Schicht 25 mit den Kohlestofffasern ist elektrisch leitend. Sie ist innen und aussen durch die Glasfaserschichten 23, 27 elektrisch isoliert. Die Kupplungsteile 5a, 5b sind vorzugsweise durch Kleben mit den Enden des Rohrkörpers 3 verbunden. Sie können z.B. aus Stahl oder einem anderen Metall gefertigt sein und sind elektrisch von den leitenden Kohlestofffasern des Rohrkörpers 3 isoliert. Als Isolation können z.B. die Glasfaser- und/oder Schutzschichten genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Rohrenden und/oder die Kupplungsteile 5a, 5b durch zusätzliche, hier nicht näher spezifizierte Mittel elektrisch isoliert werden. Anstelle von Metall können die Kupplungsteile 5a, 5b auch aus anderen Werkstoffen gefertigt werden, insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, beispielsweise wie die Rohrkörper 3 aus einem Faserverbundwerkstoff oder aus einem keramischen Werkstoff.

[0024] Zur Verbesserung der Verbindung der Kupplungsteile 5a, 5b mit dem Rohrkörper 3 können an den Aussenseiten der Anschlussstutzen 7a, 7b z.B. Rippen und an den Innenseiten der Rohrkörper 3 damit korrespondierende Nuten ausgebildet sein (nicht dargestellt). Dadurch kann insbesondere eine formschlüssige Verdrehsicherung der Kupplungsteile 5a, 5b erreicht werden. Die Aussendurchmesser der Anschlussstutzen 7a, 7b sind zumindest im Bereich der dem Rohrkörper 3 zugewandten Enden etwas kleiner als im Bereich der Schultern 9a, 9b. Dies kann z.B. durch eine stetige lineare oder gekrümmte Verkleinerung des Aussendurchmessers der Anschlussstutzen 7a, 7b zwischen den Schultern 9a, 9b und den inneren Absätzen 15a, 15b oder durch eine Anfasung der Anschlussstutzen 7a, 7b im Bereich der Absätze 15a, 15b erreicht werden. Dadurch wird verhindert, dass der Rohrkörper 3 oder Teile davon beim Biegen der Bohrrohre 1 durch Kanten der Anschlussstutzen 7a, 7b verletzt werden könnten. Zudem wirkt die entsprechend zu den Enden der Anschlussstutzen 7a, 7b hin zunehmende Dicke der Klebeschicht zwischen den Anschlussstutzen 7a, 7b und dem Rohrkörper 3 als Dämpfmittel.

[0025] Die Rohrkörper 3 der erfindungsgemässen Bohrrohre 1 können in unterschiedlichen Abmessungen gefertigt werden. Typischerweise liegen die Längen L in der Grössenordnung von etwa 50 cm bis etwa 150 cm, beispielsweise etwa 80 cm. Die Aussendurchmesser der Rohrkörper 3 entsprechen vorzugsweise dem Aussendurchmesser D4 der zweiten Kupplungsteile 5b. Sie können aber auch kleiner sein, wobei dann die zweiten Kupplungsteile 5b die Rohrkörper 3 radial überragen. Bei den bevorzugten kleinen Aussendurchmessern der Rohrkörper 3 im Bereich von etwa 2.5 cm bis etwa 6 cm ist die im Vergleich zu Stahlrohren dünne Wandstärke besonders vorteilhaft. Die erfindungsgemässen Bohrrohre 1 haben im Vergleich zu Stahlrohren trotz ausreichender Torsionssteifigkeit ein kleineres Gewicht und eine wesentlich höhere Biegeelastizität.

[0026] Fig. 7 zeigt schematisch einen aus mehreren Bohrrohren 1 zusammengesetzten Abschnitt eines Bohrgestänges, welches unter Einfluss eines Biegemoments elastisch zumindest näherungsweise zu einem Kreisbogen mit Biegeradius R verformt ist. Der kleinstmögliche Biegeradius Rmin, unter dem sich das Bohrgestänge zerstörungsfrei elastisch verformen lässt, hängt von verschiedenen Faktoren wie Material, Art und Anordnung der Fasern 19a, 19b in den Rohrkörpern 3, Aussendurchmesser und Wandstärke des Rohrkörpers 3, Material der Matrix 21, in welche die Fasern 19a, 19b eingebettet sind usw. ab. Bei einem Rohrkörper 3, der einen Innendurchmesser D2 von 45 mm und eine Wandstärke von 6 mm mit einem drei- bzw. vierschichtigen Aufbau gemäss Fig. 6 aufweist, können beispielsweise minimale Biegeradien Rmin von etwa 8 m erreicht werden.

[0027] Alternativ zu Kupplungsteilen 5a, 5b gemäss API-Standard können die Kupplungsteile 5a, 5b beliebig ausgebildet sein, sofern sie eine belastbare form- und/oder kraftschlüssige Verbindung der Bohrrohre 1 ermöglichen. Insbesondere können die Verbindungen so ausgestaltet sein, dass das Bohrgestänge auch mit gegenläufigem Drehsinn gedreht werden kann, ohne dass sich dadurch die Verbindung lösen würde.

Claims (10)

1. Bohrrohr (1) für eine Bohrvorrichtung, die zum Ausführen von Horizontalbohrungen ausgebildet ist, umfassend einen torsionssteifen Rohrkörper (3) mit an den beiden Enden ausgebildeten komplementären Kupplungsteilen (5a, 5b) zum Verbinden benachbarter Bohrrohre (1) zu einem Bohrgestänge, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (3) aus einem Faser-Verbund-Kunststoff gefertigt ist, und dass der kleinste Biegeradius Rmin, der sich durch elastische Verformung des Bohrrohrs (1) beim Anlegen eines Biegemoments Mbieg erreichen lässt, kleiner ist als 15 m.

2. Bohrrohr (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (3) einen mehrschichtigen Aufbau aufweist, wobei zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit Fasern eines ersten Fasertyps mit einem hohen Elastizitätsmodul in Richtung der Fasern von über 100 kN/mm<2> unter einem Steigungswinkel α, der betragsmässig in der Grössenordnung von 30° bis 60° liegt, gewunden sind, und wobei zur Sicherstellung einer ausreichenden Biegbarkeit Fasern eines zweiten Fasertyps mit im Vergleich zum ersten Fasertyp geringerem Elastizitätsmodul unter einem betragsmässig grösseren Steigungswinkel α. von mehr als 60° gewunden sind, und dass die Fasern in einer Matrix (21) aus Kunststoff eingebettet sind.

3. Bohrrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (3) zumindest auf seiner Aussenseite eine abriebfeste Schutzschicht aufweist.

4. Bohrrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Kupplungsteile (5a, 5b) einen strömungsgünstig geformten Strömungskanal (11a, 11b) umfasst, derart, dass der Druckabfall eines das Bohrrohr (1) durchströmenden Fluides in diesem Strömungskanal (11a, 11b) gering ist.

5. Bohrrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die komplementären Kupplungsteile (5a, 5b) so ausgebildet sind, dass der Übergangsbereich der Strömungskanäle (11a, 11b) zweier miteinander verbundener Bohrrohre (1) strömungsgünstig ausgebildet ist.

6. Bohrrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die komplementären Kupplungsteile (5a, 5b) derart ausgebildet und mit dem Rohrkörper (3) verbunden sind, dass die Übergangsbereiche zwischen dem Rohrkörper (3) und den Kupplungsteilen (5a, 5b) strömungsgünstig ausgebildet sind.

7. Bohrrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch isolierende Sicherheitselemente vorgesehen sind, welche die Stromleitung durch den Rohrkörper (3) in axialer Richtung vom ersten Kupplungsteil (5a) zum zweiten Kupplungsteil (5b) und umgekehrt sowie in radialer Richtung von der Innenseite zur Aussenseite und umgekehrt verhindern.

8. Bohrrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsteile (5a, 5b) mit dem Rohrkörper (3) verklebt sind.

9. Bohrrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsteile (5a, 5b) derart ausgebildet und mit dem Rohrkörper (3) verbunden sind, dass der Rohrkörper (3) beim Biegen nicht durch Kanten dieser Kupplungsteile (5a, 5b) verletzbar ist.

10. Bohrrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander korrespondierenden Kupplungsteile (5a, 5b) zweier Bohrrohre (1) dicht miteinander verbindbar sind.