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Verfahren zum Behandeln der Wandung eines noch nicht fertiggebohrten
Bohrlochs Die Erfindung betrifft einVerfahren zum Fertigstellen eines Bohrloches,
indem die Bohrlochwand während. des Bohrens periodisch geebnet wird, um günstige
Spülkanalverhältnisse beizubehalten und dien Verlust an Spülflüssigkeit zu vermindern..
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Bekanntlich wird bei dem mittels Drehbohrer erfolgenden. Bohren eines
Bohrloches Spülflüssigkeit von der Erdoberfläche nach unten über ein Bohrrohr gepumpt,
am Bohrmeißel entleert und, zu dem das Bohrrohr umgebenden Ringraum geleitet. Hauptsächlich
soll diese Spülflüssigkeit das während des Bohrens anfallende, Bohrklein, wegspülen
und den Meißel schmieren. Die Spülflüssigkeit enthält suspendierte Stoffe, von denen
ein an der Bohrlochwand sich. absetzender Filterkuchen ger bildet wird; der für
Flüssigkeit verhältnismäßig undurchlässig ist, den Flüssigkeitsdurchtritt aus der
Bohrung in das Erdreich teilweise verhütet und auch zum Halten der Wand des Bohrloches
dient.
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Beim Bohren, durchdringt das Bohrloch verschiedenartige Erdschichten,
z. B. weiche oder
harte oder poröse und andere Schichten., die verhältnismäßig
undurchlässig für den Durchfluß von Flüssigkeiten sind:. Die Art der Erdschicht
bestimmt zum größten Teil die Eigenheit des. Bohrloches in den verschiedenen Schichteau.
Ist die Erdschicht weich und porös, dann bilden sich Höhlen und Ausschlämmungen
und die Flüssigkeit fließt aus dem Bohrloch: ab., wenn die in dem Bohrloch. herrschenden
Drucke die in denn Erdgefüge herrschenden Drucke übersteigen. Ist die Erdschicht
hart, fest und verhältnismäßig undurchlässig, dann fließt die Flüssigkeit aus dem:
Bohrloch nicht so kräftig ab. Von der Porigkeit hängt auch weitgehend das Absetzen,
des Filterkuchens aua; der Bohrlochwand ab, denn an porigen, weichen Erdschichten
bilden sich leichter Filterkuchen. als an den harten, undurchlässigen Erdschichten.
Ein weiterer Umstand, der den Verlust der Flüssigkeit aus dem Bohrloch oder das
Eindringen von Flüssigkeit aus der Erdschicht in das Bohrloch bestimmt, ist das
in verschiedenen. Tiefeng im Bohrloch herrschende Druckgefälle zwischen dem Bohrloch
und der Erdschicht. Um die Bohrlochdrucke zu ändern, werden. der Spülflüss.igketssäule
Be schwerstoffe zugesetzt, und um die Eigenheiten der Spülflüssigkeit zu ändern.,
werden wasseradsorbiex'ende Stoffe, gelbildende Stoffe und, Öle, pflanzliche und
tierische Fasern und Flocken verschiedener Arten., Kork, Sägespäne, Glimmer und
Kunststoffe verwendet. Leichtstoffe, wie Schlacke und aus Ofen stammende geschmolzene
Tone, sind als Zusätze zum Füllen vom. Höhlen und Vertiefungen verwendest worden,
wenn dä Wändb während des Bohreis oder später niederbrachen, oder wenn die innerhalb
des Bohrloches herrschenden Bedingungen nicht geeignet waren, ein glattes Bohrloch
mit einer gleichmäßigen, Filterkuchendecke zu erhalten.
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Zur Verringerung von. Spülflüssigkeitsverlus.ten und zur Erleichterung
der Zirkulation wird erfindungsgemäß vorgesichlagen., daß während des Bohrvorganges
an der Bohrlo chwand in den verschiedenen durchbohrtien Erdformationen. in unterschiedlicher
Stärke. abgesetzte Filterkuchen bzw. Wandansütze durch Auf- und Abwäresibewegery
von Schab°werkzseug en von der Bohrlochwand abgetragen und geebnet und Schlamm und
Abriebe in die Höhlen und Vertiefungen, eingefüllt und an, den porössen Erdformationen;
der &ohrlechw'and wieder angelagert wenden.
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Das neue Verfahren unterscheidet sich daher grundsätzlich von den
bekannten Verfahren zur Behandlung von. Bohrlochwänden mittels Schabewerkzeugen,
bei denen während des Zernentiervorganges rotierende und auf- und abwärtsbewegte
Schabewerkzeuge dazu -verwendet werden., um aus den in der Bohrlochwand befindlichen.
Vertiefungen den angesetzten Schlamm und Ahrieb zu entfernen, damit der Zement haftend.
an dem gewachsenen Boden anliegt.
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In der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung, in der gleiche
Teile in den verschiedenen Figuren. mit gleichen. Bezugszeichen. bezeichnet sind,
ist Fig. i ein lotrechter Schnitt durch ein. Bohrloch mit dem Bohrgestänge in Bohrstellung,
wobei die Anlage für den Umlauf der Spülflüssigkeit im verkleinerten Maßstabe schematisch.
dargestellt ist, Fig. 2 ein lotrechter Schnitt des, gleichen Bohrloches mit herausgehobenem
Bohrgestänge und Fig. 3 ein lotrechter Schnitt des gleichen, Bohrloches mit dem
in das Bohrloch eingelassenen Bearbeitungswerkzeug.
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Von der im Querschnitt dargestellten Erdrinde io sind viele Schichten
weggelassen.. Die weichen, porösen Schichten:, die harten., undurchlässigen Schichten
und die labilen Schieferschichten und Sandschichten. oder die gemischten Schiefer-
und Sandschichten sind mit unterschiedlichen Schraffierungen versehen.
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Innerhalb des Bohrloches. i I liegt ein. Bohrrohr 12, an dessen, unterem
Ende ein Bohrmeißel 13 befestigt ist. Schematisch ist in. Fig. i ein an, der Erdoberfläche
liegendes Rohr 1:4 dargestellt, dessen Öffnung durch eine Ausblassicherung 15 abgeschlossen
wird. Während des Bohreis wird das Rohr 12 vom. einem Zugwerk 16 aus über ein Getriebe
17 und eine Ketten-Übertragung getrieben. Flüssigkeit wird dem Bohrrohr 12 von einem
üblichen Vorrat, z. B. einem Schlammteich. (nicht dargestellt), über den Schlauch
18, den Spülkopf i9 und das Rohr 2o zugeführt. Nach dem Ablauf vom Meißel
13 fliesst die Spülflüssigkeit mit den darin suspendierten Erdüeilchen in
dem das. Bohrrohe umgebenden, Ringraum nach oben und. wird an der Erdoberfläche
aus der Rohrleitung 2i entleert. Nach denn zum Trennen des Sandes dienenden Absieben
wird: der Schlamm wieder in. das Bohrrohr zurückgeleitet.
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Während der Bohrarbeirten wird ein. Filterkuchen an der Bohrwand auf
Grund der natürlichen: Hafteigenschaften, die die Schlamm- und Abriebteilchen für
die Bohrlochwand haben, sowie durch die unter sich verschiedenen Drucke gebildet,
die in dem Bohrloch und in, dem Erdreich bestehen, durch das das Bohrloch gebohrt
ist. Wichtig ist, einem etwas größeren Druck. in dem Bofu loch als in der Erdschicht
aufrechtzuerhalten, damit die Ablagerung von Filterkuchen, auf der Bohrlochwand
erfolgt. Es muß darauf geachtelt werden, daß der Filterkuchenein@en gleichmäßig
verteilten, Schlammfilm bildet. Der Kuchen soll fesrner Verunreinigungen in Form
von Flüssigkeit, Feststoffen, und Gas von dem Eintritt in das Bohrloch abhalten
und. den; Flüssigkeitsverlust aus dem Bohrloch verhindern, der nicht nur den einwandfreien,
Schlammumlauf, sondern auch die Bohrarbeiten. stört. Schwierigkeiten können auch
aus vielen. anderen Ursachen heraus auftreten. Es. können sich z. B. Höhlen in den
labilen Sand- und Schieferschichten bilden, deren zum Bohrloch frei liegenden Oberflächen
für das Ansammeln von Schlammkuchen ungeeignet sind, oder eine poröse Schicht kann
einen übermäßig dicken. Kuchen entstehen lassen, der in das Bohrloch so weit ragt,
daß das Bohrroter
stark gebremst und der Flüssigkeitsumlauf durch
die Verengung des Ringes, durch den, der Schlamm und das Bohrklein zur Oberfläche
zurückgeführt werden, gehindert wird.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird in der Weise vorgegangen,
daß das Bohrrohr aus. dem Bohrloch während des Bohreis zeitweilig herausgehoben,
der Bohrmeißel 13 von deren unteren Ende des Bohrgestänges gelöst und an Stelle
des Meißels 13 ein Halter 22 aufgesetzt wird. An diesem Halter 22 wird ein
Ansatzrohr angebracht, däs vorzugsweise einen kleineren Durchmesser hat als das.
Bohrrohr. Es kann aber auch ein. Rohr beliehigen Durchmessers verwendet werden:,
sofern: es in dem gebohrten Bohrloch gehandhabt werden kann. Das Ansatzrohr kann
aber auch in den unteren Abschnitt des Bohrrohres eingeschaltet und, ein Bohrer
oder Bohrlochaus.räumer auf das Ende des Ansatzrohres während des Bearbeitungsvorganges
aufgesetzt werden,. Nach dem Aufsetzen des Ansatzrohres werden mehrere Schrapper
oder Schaber in Abständen über die gesamte Länge des Ansatzrohres verteilt, wo-bei
derAußend;urchmesser der Schrapper etwas größer gewählt wird als der Durchmesser
des Bohrloches, so, daß die Schrapperdrähte nicht nur die, Ansammlungen. und Anhäufungen.
entfernen, sondern auch in die Höhlen und: Vertiefungen eindringen, um das in dein
Schlamm enthaltende Material mit dem von der Bohrlochwand abgehobenen, Material
zu bearbeiten. Auf diese Weise -,verden die gemeinsam den Filterkuchen. bildenden
Sandteilchen und Schlammteilchen von neuem -in den Höhlen durch. die Wirkung dar
Schrapper abgesetzt und eingelagert, die auf die Bohrlochwandfläche und auf die,
in der Flüssigkeitssäule enthaltenen suspendierten. Stoffe einwirken.
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Für diesen Zweck sind besonders Schrapper mit schräg stehenden oder
nicht radial stehenden Drähten geeignet, da diese: Schrapper leicht umkehrbar sind.
Die Schrapper sollen zwischen. Stopanschlägen, sitzen, damit sie eine begrenzte
Längsbewegung längs des Ansatzrohres und eine freie Drehbewegung ausführen können.
Der gegenseitige Abstand der Schrapper auf dem Ansatzrohr wird so gewählt, d'aß
die von benachbarten Schrappern bearbeiteten Oberflächen sich bei der Auf- und:
Abhewegung des Rohres im Bohrloch überlappen. Das Ansatzrohr reicht bis zum Bohrmeister
oder die für den Bohrvorgang verantwortliche Bedienungsperson. Ist das Ansatzrohr
kurz und wird es in einem tiefen Bohrloch verwendet, dann -,,wird d'as Bohrrohr
mit dem daran befestigten Ansatzrohr oder das eingeschaltete Ansatzrohr zum Boden
des Bohrloches gesenkt und etwa fünf Minuten bis dreißig Minuten, auf- und abbewegt.
Sitzt ein. Bohrmeißel oder ein Ausräumer am Ansatzrohr, dann erfolgt auch noch ein
Drehen. des Rohres. Das Ansatzrohr wird im Bohrloch dann: auf den un@ mittelbar
darüberliegenden nächsten Abschnitt des Bohrloches gehoben und dort während dies
gleichen. Zeitraumes auf- und abbewegt, bis der Schlammkuchen und die Bohrlochwand
genügend geebnet worden. sind. Dieser Vorgang wird. über däs gesamte Bohrloch wiederholt,
bis. das ganze Bohrloch bearbeitet und geebnet worden ist.
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Für gewöhnlich wird die Konsistenz der Spülflüssigkeit nicht geändert,
sofern nicht eine übermäßige Anreicherung mit Sand; od. dgl. erfolgt ist. Bei zu
großer Dünnflüssigkeit oder bei zu geringem Gewicht der Spülflüssigkeit werden Feststoffe
zu: gesetzt, die aus Bentonit oder anderen bekannten Zusätzen bestehen, um eine
gelierende und eine erhöhte Abdichtung zu erreichen..
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Ein Umlauf der Spülflüssigkeit ist während des Bearb.eitens der Bohrlochwand
im allgemeinen nicht notwendig, ist aber dann angebracht, wenn der Schlamm während
der Bearbeitung zäh und unhandlich ird. Je länger das Ansatzrohr, um so größer kann«
die Oberfläche des Bohrloches sein, d'ie bei jeder Bearbeitung oder Einebnung bearbeitet
wird.
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Fig.3 zeigt das am unteren Ende des Bohrrohres I2 befestigte Ansatzrohr,
das in das Bohrloch ab.-gesenkt ist. In dieser Figur ist der untere Ab-
schnitt
des. Bohrloches bereits geebnet worden; während der Abschnitt, in. dein sich das
Ansatzrohr befindet, gerade geebnet wird und der oberhalb dm Ansatzrohres liegende
obere Abschnitt des Bohrloches noch zu ebnen. ist. In dem unteren Abschnitt des
Bohrloches sind: die Ansammlungen. und Anhäufungen abgerieben, und die Höhlen und
Ver tiefungen sind mit den: Abrieben gefüllt, die von den klebenden Bestandteilen
des Schlammes an ihren Stellen gehalten, werden. Diese Umlagerung wird durch die
Reib, Misch- und: Verputzwirkung der Schrapperdrähte: erreicht.. In. der von, dem
Ansatzrohr eingenommenen: Zone erfolgt eine gleiche Veränderung der Bohrlochwand,
während oberhalb des Ansatzrohres das Bohrloch noch in einem verhältnismäßig unbearbeiteten
Zustande ist.
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Durch das Verfahren, werden. auch die Schwierigkeiten, beseitigt,
die durch die Belastungsschwankungen beim Einführen oder beim Herausheben des Bohrrohres
aus dem Bohrloch entstehen. Diese Belastungsschwankungen erzeugen ein; erhöhtes
Druckgefälle.zwischen, dem Bohrloch und den Erdschichten und sind. mianchmal für
das Abreißen, und Versagen des FilteTkuohens verantwortlich. Wird die Bohrung auf
einem gleichförmigeren Durchmesser während des. gesamten Bohrvorganges gehalten,
dann wird die Auswirkung dieser Schwankung auf ein Kleinstma,ß begrenzt.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist der beim Absenkern des Ansatzrohres
in das Bohrloch entstehende Umlauf. Sobald Material von der Bohrlochwand abgenommen
wird und, in diel Flüssigkeitssäule fällt, die in dem das Ansatzrohr umgebenden
Ringraum vorhanden. ist, wird diese Säule schwerer, während die innerhalb des An.-satzroh.res
und des Bohrrohres liegende- Säule., die aus der am unteren. Ende dies Rohres eintretenden
Flüssigkeit besteht, -im Gewicht leichter wird. Die Säulen gleichen sich weiterhin
aus, und es entsteht ein in umgekehrter Richtung verlaufender Umlauf, bei dem die
Flüssigkeit aus der Ringsäule in das
Rohr fließt und der übersehuß
an der Erdoberfläche abgeleitet wird. In. diesem Falle wird; am besten die Schnelligkeit
dieses durch die verschiedenen Gewichte der beiden Säulen bedingten natürlichen
Umlaufes erhöht, so daß ein zwangläufiger und, schnellerer F1uß in beiden. Richtungen
durch Pumpen zur Oberfläche erhalten wird. Der Vorteil, der entweder durch den natürlichen
Fluß (erhalten durch den Unterschied. im Gewicht der Säulen) oder durch den durch
Pumpen erhaltenen zwangläufigen Umlauf erzielt wird, ist offensichtlich, da hierdurch
das abgeriebene Material von den. Stellen entfernt wird, an denen. überschüssiges
Material nachteilig ist und zu den Stellen gefördert wird, an denen zusätzliches
Material erwünscht ist.
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Nachdem die Bohrlochwand in der beschriebenem Weise bearbeitet und;
geebnet ist, wird das Ansatzrohr von dem Bohrrohr abgenommen, der Bohrmeißel wird
wieder aufgesetzt und das. Bohren wieder aufgenommen, bis die Bohrverhältnisse eine
weitere Fertigstellung erfordern. Der obige Vorgang wird dann wiederholt. Durch
periodische Anwendung des Verfahrens während des Bohreis eines Bohrloches können
viele der jetzt auftretenden Schwierigkeiten, wie Verlust an Spülflüssigkeit, verbohrte
Bohrlöcher, Fangen abgerissener Bohrgestänge und andere teure und zeitraubende Vorfälle
vermieden. werden.