DE102008049943A1 - Method and device for melt drilling - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schmelzbohrverfahren und eine Schmelzbohrvorrichtung zur Erstellung maßhaltiger Bohrungen, Schächte und Tunnel im Erdboden, insbesondere in Gestein, bei dem durch eine Schmelze ein Bohrlochgrund aufgeschmolzen und die Abraumschmelze in die Umgebung, insbesondere das durch Temperatur- und Druckeinwirkung aufgerissene Umgebungsgestein, verpresst wird und bei dem während des Bohrens durch erstarrende Schmelze eine Bohrlochverschalung (9) um einen aus Leitungselementen (1, 2, 3) gebildeten Rohrstrang herum erstellt wird, wobei in eine, insbesondere zentrische, nach oben offene Ausnehmung (5) wenigstens eines unteren Leitungselementes (1) des Rohrstranges Metall im festen Aggregatzustand von oben zugeführt wird, insbesondere durch darüberliegende Leistungselemente (2, 3) hindurch, in dieser Ausnehmung (5) durch Energiezuführung aufgeschmolzen wird und durch Kanäle (6), die sich von der Ausnehmung (5) nach außen erstrecken und in die Mantelfläche eines Leitungselementes (1) münden, in die äußere Umgebung des Leitungselementes (1) geleitet wird, eine unter dem untersten Leitungselement (1) gebildete Gesteinsschmelze in das Umgebungsgestein (14) verpresst und durch Erstarrung eine den Rohrstrang (1, 2, 3) umgebende Metallverschalung (9) ausbildet.The invention relates to a melt drilling method and a melt drilling device for creating dimensionally accurate holes, shafts and tunnels in the ground, in particular in rock, in which melted by a melt a bottom of the well and the Abraumschmelze is pressed into the environment, especially the torn by temperature and pressure surrounding rock and in which a borehole casing (9) is created around a pipe string formed from pipe elements (1, 2, 3) during drilling by solidifying melt, wherein in one, in particular centric, upwardly open recess (5) of at least one lower pipe element ( 1) of the tubing metal in the solid state is supplied from above, in particular by overlying power elements (2, 3) through, in this recess (5) is melted by energy supply and through channels (6) extending from the recess (5) extend outside and in the outer surface of a Lei tion element (1), is conducted into the outer environment of the line element (1), a below the lowest line element (1) formed rock melt in the surrounding rock (14) pressed and by solidification of the pipe string (1, 2, 3) surrounding metal casing (9) trains.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erstellung maßhaltiger Bohrungen, Schächte und Tunnel in beliebigem Untergrund, beispielsweise Gestein, bei dem durch eine Schmelze ein Bohrlochgrund aufgeschmolzen und die Abraumschmelze in das Bohrlochumfeld insbesondere in das durch Temperatur- und Druckeinwirkung aufgerissene Umgebungsgestein verpresst wird und bei dem während des Bohrens durch erstarrende Schmelze eine Bohrlochverschalung um einen aus Leitungselementen gebildeten Rohrstrang herum erstellt wird.The The present invention relates to a method and an apparatus to create dimensionally accurate holes, manholes and tunnels in any subsoil, such as rocks melted by a melt a borehole bottom and the Abschmadeschmelze in the borehole environment, especially in the by and pressure impact torn surrounding rock is pressed and at the time of drilling by solidifying melt a borehole casing around a formed of line elements Pipe string is created around.
Bohrverfahren
zur Erstellung von maßhaltigen Bohrungen, Schächten
und Tunneln gemäß einem Metallschmelzbohrverfahren
sind z. B. aus der
Diese bekannte Schmelzbohranlage setzt sich aus insbesondere genormten, hochtemperatur- und druckfesten Carbon- bzw. Graphithohlzylindern zusammen, die im unteren Schmelzbohrbereich mit elektromagnetischen bzw. magnetohydrodynamischen Einrichtungen wie Magnetische Flasche, Magnetventile, Magnetische Pumpe und Haltemagnete versehen sein können und für den Levitationsbetrieb mit Magnetvorrichtungen zum elektromagnetischen Schweben, Heben und zur Druckausübung ausgerüstet sein können.These known melt drilling rig consists in particular of standardized, high-temperature and pressure-resistant carbon or graphite hollow cylinders together, in the lower Schmelzbohrbereich with electromagnetic or magnetohydrodynamischen Facilities like Magnetic Bottle, Magnetic Valves, Magnetic Pump and holding magnets can be provided and for the levitation operation with magnetic devices for electromagnetic levitation, Lifting and be equipped to apply pressure.
Nach diesem Metallschmelze-Bohrverfahren ist bekannt, dass das aufzuschmelzende Gestein mittels einer elektrisch überhitzten Metallschmelze als ,Bohrmedium' aufgeschmolzen wird. Dabei wird die Metallschmelze in einer Schmelzanlage an der Oberfläche erzeugt und über den aus Graphit-Hohlzylindern zusammengesetzten Bohrstrang bis in den Schmelzbohrbereich nachgeführt. Auf diese Weise wird der Hauptteil der Schmelzenergie an der Oberfläche in einer Schmelzanlage erzeugt, so dass nur noch die Energiemenge nachzuführen ist, die zur Überhitzung der Metallschmelze mittels Magnetpumpen bzw. Induktionsspulen notwendig und vorgesehen ist sowie für Haltemagnete und Magnetventile, die zur Erzeugung und Kontrolle des Metallschmelze-Drucks zum Einsatz kommen sollen.To This molten metal drilling method is known to be melted Rock by means of an electrically superheated molten metal as , Drilling medium 'is melted. This is the molten metal generated in a smelting plant on the surface and over the composite of graphite hollow cylinders drill string up in tracked the Schmelzbohrbereich. This way will the bulk of the melting energy at the surface in one Melting plant generated, so that only nachzuführen the amount of energy which is to overheat the molten metal by means of magnetic pumps or induction coils is necessary and provided as well as for Holding magnets and solenoid valves used for generation and control the molten metal pressure to be used.
Der so bedingt geringere Stromtransport in die Schmelzzone durch direkte Metallschmelze-Einleitung von der Oberfläche wird durch die vorgenannten Stromverbraucher zur Metallschmelze-Manipulation zum Teil wieder egalisiert, so dass die Nachteile der in den Graphit-Hohlzylinderstrang einzuarbeitenden elektromagnetischen und magneto-hydrodynamischen Einrichtungen und deren technisches Versagensrisiko, größer sein können als die Vorteile.Of the so requires less current transport in the melting zone by direct Meltdown initiation from the surface is going through the aforementioned power consumers for molten metal manipulation partially equalized again, so that the disadvantages of the graphite hollow cylinder strand to be incorporated electromagnetic and magneto-hydrodynamic Facilities and their technical failure risk, larger can be as the benefits.
Auch wird es als aufwändig angesehen, die Metallschmelze in großen Mengen auf der Erdoberfläche zu erstellen und in die Anlage ein- bzw. nachzufüllen und über die gesamte Bohrlochlänge flüssig zu halten.Also it is considered to be costly, the molten metal in to create large quantities on the surface of the earth and in the plant and refill and over keep the entire length of the drill liquid.
Bekannt ist nach dem neuesten Stand der Technik ein vertikaler MagLev-Elevator (TOSHIBA), der als senkrecht arbeitender Hochgeschwindigkeits-Aufzug- ohne Kabel und Halteseile auskommt und z. B. durch Einsatz von Halbach Magneten und Hochleistungs-Permanent-Magneten nach dem Levitations-Prinzip arbeitet und mit einem Langstatormotor betrieben wird. MagLev steht dabei als in der Fachwelt etablierte Abkürzung für Magnetic Levitation.Known is a state-of-the-art vertical MagLev elevator (TOSHIBA), which operates as a vertical high-speed elevator without cables and tethers and z. B. by using Halbach Magnets and high-performance permanent magnets according to the levitation principle works and is operated with a long-stator motor. MagLev stands thereby as in the professional world established abbreviation for Magnetic levitation.
Ebenfalls sind kabellose und berührungsfreie supraleitende Magnete (IFW-Dresden) bekannt, deren Supraleitung durch austauschbare oder auffüllbare Flüssigstickstoff- Behälter gewährleistet ist und hohe Levitationskräfte liefern.Also are wireless and non-contact superconducting magnets (IFW-Dresden) known whose superconductivity by interchangeable or refillable liquid nitrogen containers is guaranteed and deliver high levels of levitation.
Weiterhin
ist Laser Drilling bekannt (US-Gas Technology Institute), mit dem
in Versuchsbohrungen 10fach schneller gebohrt werden konnte als
mit der Rotary-Bohrtechnik und mit den Schmelzbohr-Ergebnissen des
Wasserstoff/Sauerstoff-Schmelzbohrverfahrens nach
Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Metallschmelze-Bohrverfahren samt Vorrichtungen zu verbessern und insbesondere den Energieeintrag zur Durchführung des Schmelzprozesses zu vereinfachen.task The invention is the generic molten metal drilling method including devices to improve and in particular the energy input to facilitate the melting process.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein auf einfachen Funktionsprinzipien basierendes Verfahren und Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, in denen aufwendige und versagensanfällige Einrichtungen wie Haltemagnete, magnetische Flaschen oder Magnetventile und Magnetpumpen sowie deren Stromversorgung und Ansteuerung weitgehend entfallen können und eine Metallverschalung von hoher, kontinuierlicher Gussqualität mit hervorragenden Verhaltenseigenschaften gewährleistet wird.It is another object of the invention to provide a method based on simple principles of operation and devices available in which complicated and failure prone devices such as holding magnets, magnetic bottles or solenoid valves and magnetic pumps and their power supply and control largely ent fall and a metal casing of high, continuous cast quality with excellent performance characteristics is guaranteed.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass in eine, insbesondere zentrische, nach oben offene Ausnehmung wenigstens eines unteren Leitungselementes des Rohrstranges, insbesondere des untersten Leitungselements, Metall im festen Aggregatszustand von oben zugeführt wird, insbesondere durch darüberliegende Leitungselemente hindurch, in dieser Ausnehmung durch Energiezuführung aufgeschmolzen wird und als Metallschmelze durch Kanäle, die sich von der Ausnehmung eines Leitungselementes nach außen erstrecken und in die Mantelfläche des Leitungselementes münden, in die äußere Umgebung des Leitungselementes geleitet wird, eine unter dem untersten Leitungselement, insbesondere durch die Metallschmelze initiierte und z. B. mittels direkter Stromdurchleitung überhitzte Gesteinsschmelze in das Umgebungsgestein verpresst und im weiteren Bohrfortschritt durch Erstarrung sich eine die Leitungselemente umgebende Metallverschalung ausbildet.Solved This object is achieved according to the invention in that in a, in particular centric, upwardly open recess at least a lower conduit element of the pipe string, in particular the lowest line element, metal in the solid state of is supplied above, in particular by overlying Line elements through, in this recess by energy supply is melted and as molten metal through channels, extending from the recess of a conduit element to the outside extend and in the lateral surface of the conduit element open into the outer environment of the conduit element is passed, one below the lowest line element, in particular initiated by the molten metal and z. B. overheated by direct power transmission Rock melt pressed into the surrounding rock and further Drilling progress by solidification itself one of the pipe elements forming surrounding metal formwork.
Es ist daher der wesentliche Kerngedanke der Erfindung, das Erstellen der Metallschmelze in die Nähe des Bohrlochgrundes zu verlagern und demnach die Metallschmelze nicht mehr über die gesamte Länge des Bohrloches von der Erdoberfläche aus zuzuführen, sondern „vor Ort” durch Aufschmelzen von festem Metall zu erzeugen und die Metallschmelze wenigstens ein Leitungselement mit Kanälen, das als „Speiser” bezeichnet werden kann, zum direkten Aufbau der Metallverschalung zu nutzen, bevor sie die Schmelzzone an der Bohrlochbrust erreicht. Hierfür werden die genannten erfindungsgemäßen Leitungselemente zur Verfügung gestellt, in welchen unter anderen nachfolgend beschriebenen Abläufen der Schmelzprozess durch Energieeintrag stattfindet.It is therefore the essential core idea of the invention, the creation the molten metal to move near the bottom of the hole and therefore the molten metal no longer over the whole Length of the borehole from the earth's surface but "on the spot" by melting of solid metal and to produce the molten metal at least a conduit element with channels, referred to as "feeder" can be used to directly set up the metal casing before she reaches the melting zone at the borehole. Therefor Be the said conduit elements according to the invention provided in which among others below described processes the melting process takes place by energy input.
Um den erfindungsgemäßen Schmelzbohrvorgang zu starten, kann es in einer Ausführung vorgesehen sein, zunächst, z. B. auf bekannte Weise, eine Vorbohrung mit einem Bohrlochgrund, der z. B. einige Meter offen gelassen ist, zu erzeugen, in die ein Metallrohr als eine anfängliche Bohrlochverschalung eingesetzt wird. In dieses Metallrohr-verschalte Bohrloch (Startröhre) fährt zumindest ein eingangs genanntes, die Kanäle aufweisendes Leitungselement (Speiser) und anschließend wenigstens ein Leitungselement zur Bearbeitung (Ziehelement) der späteren aus Schmelze erstarrten metallischen Bohrlochverschalung ein.Around to start the melt-drilling process according to the invention, it may be provided in one embodiment, first, z. B. in a known manner, a pilot hole with a bottom hole, the z. B. a few meters is left open to produce, in the one Metal tube used as an initial well casing becomes. In this metal pipe-interconnected borehole (launch tube) drives at least one mentioned above, the channels having conducting element (feeder) and then at least one line element for processing (drawing element) of the later melt-solidified metallic borehole casing.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass vor das Leitungselement mit den Kanälen weitere Leitungselemente eingesetzt werden, insbesondere solche, die sich während des Schmelzbohrens durch Abnutzung verbrauchen oder es wird bei dem Leitungselement mit den Kanäle eine die erwartete Abnutzung berücksichtigende Länge unterhalb der Kanalöffnungen gewählt.there It may be provided that in front of the conduit element with the channels additional line elements are used, in particular those which consume during the melt-drilling by abrasion or it is at the conduit element with the channels a the expected wear taking into account length chosen below the channel openings.
Es kann sodann entweder in dieses untere dem Bohrgrund nahe oder in einer Ausführung ggfs. auch unterste Leitungselement bereits eine flüssige Schmelze eingefüllt werden oder aber es wird der Schmelzvorgang in diesem Leitungselement durch Aufschmelzen von festem Metall gestartet. Dabei wird bevorzugt ein magnetisierbares Metall, insbesondere von guter magnetischer Remanenz, wie Eisen oder Kobalt oder Nickel oder deren Legierungen eingesetzt, zumindest dann, wenn es in weiteren möglichen Ausführungen auf magnetische Eigenschaften ankommt.It can then either close in this lower the bottom of the hole or in a version if necessary. Even lowest line element already a liquid melt can be filled or but it is the melting process in this conduit element by melting started from solid metal. In this case, preferably a magnetizable Metal, in particular of good magnetic remanence, such as iron or cobalt or nickel or their alloys, at least then, if it is in further possible designs depends on magnetic properties.
Die durch die Kanäle des diese Kanäle aufweisenden Leitungselementes (Speiser) austretende Metallschmelze füllt sodann, insbesondere unter Eigendruck und/oder Schwerkraft, den Freiraum zwischen Bohrlochgrund und Bohrlochwand aus und verbindet sich mit dem eingesetzten Metallrohr der Vorbohrung zu einer mit kontinuierlichem Bohrfortschritt weiter aufbauenden Metallverschalung. Die Metallschmelze, die durch die Kanäle in den umgebenden Mantelbereich dieses Leitungselementes gelangt, fließt an diesem nach unten und gelangt dabei auf die Bohrlochbrust, wo bei Kontakt durch Aufschmelzen des Gesteins der eigentliche Schmelzbohrprozess ausgelöst wird und durch weitere Energiezufuhr aufrecht erhalten wird.The through the channels of these channels Conduit element (feeder) leaking molten metal fills then, in particular under autogenous pressure and / or gravity, the Free space between borehole bottom and borehole wall and connects itself with the inserted metal tube of the pilot hole to a Continuous drilling progress further building metal shuttering. The molten metal passing through the channels in the surrounding Mantle area of this line element passes, flows down to this, reaching the borehole where upon contact by melting the rock the actual melt drilling process is triggered and upright by further energy input is obtained.
Eine Energiezuführung zu der beim Schmelzbohren erzeugten Gesteins- und/oder auch der Metallschmelze kann in einer möglichen Ausführung z. B. durch Strom erfolgen, der entweder durch Leitungen von der Oberfläche zum untersten Leitungselement und/oder demjenigen mit den Kanälen und der Schmelzzone geführt wird oder der über wenigstens einen Hochtemperatur-Reaktor erzeugt wird, der in wenigstens einem der unteren Leitungselemente, insbesondere im oder oberhalb der Ziehelemente integriert ist, oder kann in einer anderen Ausführung auch durch Laserstrahlung erfolgen, die von der Oberfläche zentral durch alle Leitungselemente bis zum Bohrlochgrund hindurch geführt wird.A Energy supply to the rock produced during the fusion drilling and / or the molten metal can in one possible Execution z. B. by electricity, either through lines from the surface to the lowermost conduit element and / or the one with the channels and the melting zone or via at least one high temperature reactor generated in at least one of the lower line elements, is integrated in particular in or above the drawing elements, or can in another embodiment also by laser radiation take place from the surface centrally through all the pipe elements up to is passed to the bottom of the hole.
Beim Aufschmelzen wird das geschmolzene Gestein in das Bohrlochumfeld verdrängt, was ab einer bestimmten Tiefe der Bohrung durch die Gewichtskraft der gesamten Anlage aus mehreren Leitungselementen erfolgt und zu Beginn der Bohrung unterstützt sein kann, z. B. hydraulisch oder elektromagnetisch. Automatisch sinkt das unterste Leitungselement und die darauffolgenden Leitungselemente beim Schmelzen der Bohrlochbrust durch Verdrängen der Gesteinsschmelze in die Umgebung nach unten, so dass von der Oberfläche weitere Leitungselemente, gleicher oder auch anderer Bauart nachgeführt werden können und sich so ein Rohrstrang aus einer Vielzahl von Leitungselemente, ggfs, mit verschiedenen Funktionen ergibt.When melting the molten rock is displaced in the borehole environment, which is done from a certain depth of the hole by the weight of the entire system of several line elements and can be supported at the beginning of the hole, z. B. hydraulic or electromagnetic. Automatically, the lowest conduit element and the subsequent conduit elements sink downwards as the wellbore melts by displacing the molten rock into the environment, so that more surface area is released from the surface tion elements, the same or other design can be tracked and so a pipe string from a variety of line elements, if necessary, results with different functions.
Dabei können die einzelnen Leitungselemente untereinander verbunden sein, bzw. beim Nachführen verbunden werden, insbesondere mittels einer zwischen jeweils zwei Leitungselementen wirkenden Schnappverbindung, insbesondere einer solchen Verbindung die sich wieder lösen läst, z. B. durch Zugkraft, die zwei Leitungselemente auseinander zieht.there The individual line elements can be interconnected be, or be connected when tracking, in particular by means of acting between each two line elements Snap connection, in particular such a compound itself solve again, z. B. by traction, the two Pulling line elements apart.
Die Metallschmelze bei dieser Erfindung erfüllt im Gegensatz zum genannten Stand der Technik im Besonderen den Zweck zur kontinuierlichen Erstellung einer Metallverschalung des Bohrloches und nicht mehr primär den Zweck der Aufschmelzung der Bohrlochbrust, sondern dient im Speziellen nur als Start-, und Verdrängungsschmelze für den Gesteinsschmelzeprozess, der nach der Startphase durch direkte Stromdurchleitung und/oder Laserlicht erfolgt.The Molten metal in this invention meets in contrast to the cited prior art in particular the purpose of continuous Creation of a metal casing of the borehole and not more primarily the purpose of the melting of the borehole, but Specifically, it serves only as a start and displacement melt for the rock melt process, after the startup phase done by direct current transmission and / or laser light.
Ausschließlich zu Beginn des Verfahrens, wenn noch gar keine Gesteinsschmelze vorliegt, dient die Metallschmelze auch zum Erzeugen einer ersten Gesteinsschmelze. Anschließend wird das Gesteinsschmelzekissen jedoch durch direkte Energiezuführung z. B. der eingangs genannten Art aufrecht erhalten und die kontinuierlich erzeugte Metallschmelze zur Erstellung der Verschalung verwendet, indem diese Schmelze über die Kanäle zuerst in den Mantelbereich des die Kanäle aufweisenden Leitungselementes (Speiser) geführt wird, bevor sie in den Schmelzbohrbereich kommt, bevorzugt so dass zum Aufbau der Metallbohrlochverschalung keine Vermischung mit Gesteinsschmelze erfolgen kann.Exclusively at the beginning of the process, if there is no rock melt, is used the molten metal also for producing a first molten rock. Subsequently, however, the rock melt pad is passed through direct energy supply z. B. of the type mentioned maintained and the continuously generated molten metal used to create the shuttering by melting this over the channels first in the mantle area of the channels having guiding element (feeder) is guided, before it enters the meltbore area, so prefers to Structure of the metal well casing no mixing with molten rock can be done.
Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass sich die Schmelzzone, in der das feste Metall aufgeschmolzen wird, in einem anderen Leitungselement angeordnet ist, als die Kanäle mit denen die Schmelze nach aussen geführt wird. Bevorzugt sind Schmelzzone und Kanäle in einem Leitungselement vereinigt.in principle It may also be provided that the melting zone, in the the solid metal is melted in another conduit element is arranged as the channels with which the melt after outside is led. Preference is given to melting zone and channels united in a conduit element.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann es vorgesehen sein, das feste Metall kontrolliert in die Schmelzzone zuzuführen, z. B. mittels eines Metallstranges, insbesondere der elementweise zusammengesetzt werden kann, wobei es weiterhin vorgesehen sein kann dass dessen unverbrauchte Teil nach Erreichung des Bohrziels demontiert werden kann.In a preferred embodiment of the invention can be provided be controlled to supply the solid metal in the molten zone, z. B. by means of a metal strand, in particular the element-wise can be assembled, it still be provided can that its unused part after reaching the Bohrziels can be dismantled.
Bei einer Laserbeheizung kann die Nachführung durch die Leitungselemente hindurch mittels eines Metallrohrs (Hohlstrang) erfolgen, durch das der Laserstrahl von der Oberfläche bis zur Bohrlochbrust hindurchgeführt wird. Das Nachschubmetall umgibt somit den Laserstrahl, der das Metall in den unteren Leitungselementen aufschmilzt, insbesondere dabei unter hohem Lichtdruck die Metallschmelze über die Kanäle, die in wenigstens einem der unteren Leitungselemente angeordnet sind, zum Aufbau der Metallverschalung verdrängt. Dabei kann eine Zentralbohrung durch die unteren Leitungselemente (Graphitelemente) vom Laserstrahl Metallschmelze-frei gehalten werden.at Laser heating can be tracked through the line elements through by means of a metal tube (hollow strand), through the laser beam passes from the surface to the borehole becomes. The replenishment metal thus surrounds the laser beam, which is the Metal melts in the lower line elements, in particular while under high pressure, the molten metal through the channels, arranged in at least one of the lower conduit elements are displaced, to the construction of the metal formwork. there can a central bore through the lower line elements (graphite elements) be held by the laser beam molten metal-free.
Soweit bei den beiden Ausführungen das Metall nicht als kontinuierlicher Strang von der Oberfläche aus nachgeführt wird, sondern abschnittsweise, kann es auch vorgesehen sein, diese Nachführung mit einem Leitungselement vorzunehmen, welches den Metallstrang segmentweise haltend aufnimmt und in dem verschalten Bohrloch nach unten fährt. Dabei kann es vorgesehen sein, dass sich dieses Leitungselement als weiteres Element auf das letzte aufsetzt, insbesondere dabei mit diesem verbindet oder aber auch das dieses Leitungselement wieder gehoben wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Metallstrangabschnitt von Leitungselement zu Leitungselement weitergegeben wird, bis dass dasjenige erreicht ist, in welchem die Aufschmelzung erfolgt.So far in the two versions, the metal is not as continuous Strand is tracked from the surface, but in sections, it can also be provided, this tracking to make with a line element, which is the metal strand segmentally holding and trailing in the interconnected borehole down drives. It may be provided that this Pipe element as a further element on the last touches, in particular doing this with this connects or else that of this line element again is lifted. It can also be provided that a metal strand section from line element to line element is passed on until that one is reached, in which the melting takes place.
Gerade um das Nachführung und/oder das Gleiten oder Fahren von Leitungselementen im Rohrstrang zu ermöglichen ist es erfindungsgemäß in einer möglichen Ausführung vorgesehen, wenigstens ein Leitungselement nach demjenigen folgend, in welchem die Aufschmelzung erfolgt, einzusetzen, mittels dem eine Bearbeitung der erstarrten Metallverschalung vorgenommen werden kann.Just to the tracking and / or gliding or driving of To allow line elements in the pipe string, it is according to the invention in a possible embodiment provided, at least one Conduit following that in which the reflow takes place, by means of which a processing of the solidified Metal cladding can be made.
Eine Bearbeitung kann z. B. eine formende und/oder eine oberflächenbearbeitende sein. Um beide Bearbeitungsarten gleichzeitig durchzuführen kann z. B. ein solches Element als ein sogenanntes Ziehelement ausgeführt sein, welches aufgrund seiner äußeren Gestaltung beim Hindurchfahren (Ziehen) durch die erstarrte aber noch formbare Metallverschalung diese in die endgültige Form und Oberflächengüte bringt. Dazu kann das Element z. B. eine nach unten konisch verjüngende Form aufweisen mit ansonsten kreisrundem Querschnitt. Auch elliptische Querschnitte können verwendet werden. Insbesondere ist die Grundform dieses Ziehelementes an die Grundform der darunter angeordneten Leitungselemente angepasst, welche ebenso kreisrund oder auch davon abweichend geformt sein können. Es ist gerade der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, grundsätzlich Bohrlöcher mit beliebiger Querschnittsform erstellen zu können.A Processing can z. B. a forming and / or a surface-processing be. To perform both types of processing simultaneously z. B. such an element is designed as a so-called drawing element which is due to its external design when passing (pulling) through the solidified but still malleable Metal cladding these in the final shape and surface finish brings. For this purpose, the element z. B. a conically tapering downwards Have shape with otherwise circular cross-section. Also elliptical cross sections can be used. In particular, the basic form this drawing element to the basic shape of the arranged underneath Line elements adapted which also circular or even thereof can be shaped differently. It's just the advantage of the method according to the invention, in principle Drill holes of any cross-sectional shape can.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Schmelzbohranlage wenigstens drei Arten von Leitungselementen aufweisen, die einen aus den Leitungselementen gebildeten Bohrstrang in einen heißen Teil, in einen Zieh- und/oder Kühl-Teil und in einen kalten Teil unterteilen. Dabei können die Leitungselemente des heißen Teils als Graphithohlzylinder ausgebildet sein. Zumindest das wenigstens eine untere, ggfs. unterste Element mit den Kanälen ist ein Leitungselement dieser Art. Vor und nach einem solchen Leitungselement können weitere Elemente dieser Art angeordnet sein.In a preferred embodiment of the invention, the melt drilling rig may comprise at least three types of conduit elements, including a subdivide the drill string formed by the pipe elements into a hot part, a drawing and / or cooling part and a cold part. In this case, the line elements of the hot part may be formed as a graphite hollow cylinder. At least the at least one lower, possibly the lowest element with the channels is a conduit element of this type. Further elements of this type can be arranged before and after such a conduit element.
Die Leitungselemente des Zieh- und/oder eines Kühl-Teils können aus einer insbesondere hochfesten Metallkonstruktion ausgebildet sein, wobei letztere Leitungselemente zwischen heißem und kaltem Teil angeordnet sind und zur Bearbeitung, insbesondere Aufweitung und Veredlung der Metallbohrloch-Verschalung eingesetzt werden. Auch hiervon ist wenigstens ein Leitungselement vorgesehen. Hier kann die Metallkonstruktion einen Kern aus Graphit umgeben.The Conduit elements of the drawing and / or a cooling part can formed of a particular high-strength metal construction be, with the latter line elements between hot and cold part are arranged and for processing, in particular expansion and finishing the metal well casing. This also provides at least one line element. Here can the metal construction surrounded a core of graphite.
Die Leitungselemente des kalten Teils können aus einer insbesondere druckfesten Metallkonstruktion aufgebaut sein, die insbesondere zur Druckerzeugung und/oder Nachführung von Steuer- und Energievorrichtungen sowie von festem Metall eingesetzt werden, das durch die Leitungselemente zu einem dem Bohrlochgrund nahen Leitungselement geführt wird, in welchem das feste Metall aufgeschmolzen wird.The Conduit elements of the cold part may consist of one particular be constructed pressure-resistant metal construction, in particular for pressure generation and / or tracking of control and energy devices as well as solid metal being inserted through the conduit elements led to a near the bottom of the hole line element becomes, in which the solid metal is melted.
Die Erfindung stellt demnach in dieser Ausführung ein Verfahren und eine Anlage mit drei Funktionsabschnitten zur Verfügung:
- 1. Den aus Graphit-Hohlzylindern bestehenden ,Heißen Teil',
- 2. den zur Verdichtung, Maßhaltigkeit und Oberflächenvergütung der Metallverschalung fungierenden ,Zieh- und/oder Kühl-Teil' und
- 3. den oberen ,Kalten Teil', der für die Druckerzeugung, die Nachführung des Metallstrangs bzw. Metallrohrstrangs zur Metallschmelze-Versorgung zuständig ist, bzw. für dessen Transport im Bohrschacht.
- 1. The hot part made of graphite hollow cylinders,
- 2. the drawing and / or cooling part 'acting for the compaction, dimensional accuracy and surface finish of the metal casing, and
- 3. the upper, cold part ', which is responsible for the generation of pressure, the tracking of the metal strand or metal tubing for molten metal supply, or for its transport in the well.
Im Gegensatz zum bekannten Metallschmelze Bohrverfahren der anfänglich zitierten Art bestehen die Elemente, insbesondere Hohlzylinderelemente des ,Kalten Teils' und des Zieh- und/oder Kühl Teils der Bohranlage aus hochdruckstabilen Materialien bzw. aus hochtemperaturbeständigen Metall-Legierungen und nicht aus reinen Carbon-Hohlzylindern. Sie können jedoch einen Carbon-Kern aufweisen.in the Unlike the known molten metal drilling method of the initial cited type consist of elements, in particular hollow cylinder elements the "cold part" and the drawing and / or cooling part of Drilling rig made of high pressure resistant materials or high temperature resistant Metal alloys and not pure carbon hollow cylinders. she however, they may have a carbon core.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Länge der Schmelzbohranlage, also des gesamten Rohrstranges, so kurz wie möglich zu halten, da keine durchgehende Verrohrung mehr von der Erdoberfläche bis zur Bohrlochbrust für den Schmelzetransport nötig ist.According to the Invention, it is possible to measure the length of the melt drilling rig, So the entire pipe string, as short as possible hold, because no continuous piping more of the earth's surface to the wellbore for melt transport needed is.
Für den Transport der einzelnen Leitungselemente zum bereits bestehenden Rohrstrang oder aber auch zur Manipulation (Heben, Halten, Drücken) des ganzen Rohrstranges oder von Teilen davon kann ein Fahrstuhlsystem eingesetzt werden.For the transport of the individual line elements to the already existing Pipe string or else for manipulation (lifting, holding, pressing) of the whole pipe string or parts of it can be an elevator system be used.
Ein solches Fahrstuhlsystem kann, sofern nötig, durch Einbringen von Fahrstuhl-Systemelementen in/an die metallverschalte Bohrlochwand erzielt werden. Besonders bevorzugt ist ein Fahrstuhlsystem gemäß der MagLev-Technologie, bei dem Leitungselemente durch magnetische Wechselwirkung entweder direkt mit der metallischen Bohrlochverschalung oder mit darin nachträglich eingebrachten Fahrstuhl-Systemelementen Wechselwirken und zumindest gesteuert kontrolliert in die Tiefe fahren, bevorzugt einen Fahrstuhlbetrieb in beiden vertikalen Richtungen ermöglichen.One such elevator system can, if necessary, by introducing elevator system elements to / in the metal-walled borehole wall be achieved. Particularly preferred is an elevator system according to the MagLev technology, in which conduction elements by magnetic interaction either directly with the metallic borehole casing or with subsequently added elevator system elements Interaction and controlled at least controlled in depth drive, prefers an elevator operation in both vertical directions enable.
Hier ist es möglich einen Fahrstuhl der MagLev-Elevator Technik in angepasster Form einzusetzen, der derzeit von der Firma Toshiba erprobt wird und die Metallverschalung direkt oder indirekt als Fahrschiene nutzt.Here Is it possible to use an elevator of the MagLev-Elevator technology? to be used in an adapted form, currently owned by Toshiba is tested and the metal casing directly or indirectly as a rail uses.
Es kann demnach vorgesehen sein, dass ein Leitungselement als MagLev-Elevator mit hohen Fahrgeschwindigkeiten zum Einsatz kommt, um die Verlängerungs-Elemente für Schmelzbohranlage und/oder nachzuführenden Metallstrang bzw. Metallrohrstrang zu montieren und demontieren bzw. zuzuführen. Ein solcher MagLev-Elevantor muss nicht zwingend ein Leitungselement ausbilden, sondern kann ein grundsätzlich eigenständiges im Bohrschacht bewegliches Element bilden.It can therefore be provided that a line element as MagLev elevator is used at high speeds to the extension elements for melt drilling rig and / or tracked To assemble and dismantle the metal strand or metal tubing or to be supplied. Such a MagLev Elevantor does not necessarily have form a conduit element, but can be a principle to form a separate element in the wellbore.
Probleme der bekannten Schmelzbohranlage werden erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass ein Großteil der vorgenannten elektromagnetischen oder magneto-hydrodynamischen Einrichtungen entfallen können und hier der beim kontinuierlichen Aufbau der Metallbohrlochverschalung auftretende Metallschmelzeverlust nicht direkt als Schmelze, sondern elementweise, z. B. in Stangen- bzw. Rohrform über die hohlen Bohranlagen-Elemente, bevorzugt mittels eines Fahrstuhl-Systems, z. B. Maglev-Elevators, zu einem Metallstrang bzw. Metallrohrstrang (im Falle der Schmelzenergieübertragung per Laser) zusammengesetzt und nachgeführt werden.issues the known melt drilling rig are also according to the invention solved by that much of the aforementioned electromagnetic or magneto-hydrodynamic devices can be omitted and here the continuous construction the metal well casing occurring metal melt loss not directly as a melt, but elementwise, z. In bars or tubular shape over the hollow drilling rig elements, preferably by means of an elevator system, e.g. B. Maglev elevators, to a Metal strand or metal tubing (in the case of melting energy transfer by laser) are assembled and tracked.
Die erfindungsgemäße Metallschmelze-Bohranlage kann z. B. in unterschiedlichen Versionen gebaut und betrieben werden.The Metal melt drilling rig according to the invention can z. B. built and operated in different versions.
Die Leitungselemente des Bohrstrangs können in einer ersten Version durch einen Fahrstuhl, bevorzugt einen Maglev-Elevator als Zubringer montiert und demontiert sowie benötigtes Nachschubmaterial durch einen solchen Elevator transportiert werden.The line elements of the drill string can in a first version by an elevator, preferably a Maglev elevator as a feeder mon ted and dismantled and needed supplies are transported by such an elevator.
Die einzelnen Leitungselemente des ,Kalten Teils' sind inaktiv. Die Gleiteigenschaft gegenüber der Bohrlochverschalung bzw. dem nachgeführten Metallstrang in ihrer Zentralbohrung ist durch eingebaute Carbonringe oder andere Gleitelemente aus Graphit gegeben. Somit ergibt sich ein Kontakt des Leitungselements zur äußeren Metallverschalung bzw. zum inneren Metallstrang nur über Graphitelemente mit hervorragenden Gleiteigenschaften.The individual line elements of the "cold part" are inactive. The Sliding property against the borehole casing or the tracked metal strand in its central bore is by built-in carbon rings or other sliding elements made of graphite given. This results in a contact of the line element to the outside Metal casing or to the inner metal strand only over Graphite elements with excellent sliding properties.
In einer anderen Version sind die einzelnen Leitungselemente des ,Kalten Teils' aktiv und wirken als Magnetgleiter mit Abstand- und Haltefunktion auf die Metallbohrlochwand und den nachgeführten Metallstrang bzw. Metallrohrstrang, in dem sie Letztere, bevorzugt berührungslos führen.In another version is the individual line elements of, cold Partly 'active and act as a magnetic slider with distance and hold function on the metal well wall and the tracked metal strand or metal tubing in which they latter, preferably non-contact to lead.
In einer wiederum weiteren Version kann sich jedes Leitungselement, zumindest die des ,Kalten Teils' wie ein Maglev-Elevator verhalten und sich selbst montieren, demontieren und/oder als ganzer Bohrstrang schweben, halten, drücken und heben.In In turn, another version, each line element, at least those of the 'cold part' behave like a Maglev elevator and assemble, disassemble and / or as a whole drill string float, hold, push and lift.
Der Metallstrang bzw. ein Metallrohrstrang kann, z. B. auch nach einer der beiden letzten Versionen, reibungslos durch magnetische Levitation im Inneren der Bohranlagen-Elemente nachgeführt oder, z. B. nach der ersten genannten Version, unter geringer Reibung durch Carbon-Ringe oder Carbon-Abstandhalter gleitend bis in den Graphit-Hohlzylinderstrang des heißen Teils nachgeführt werden, in dessen Verlauf durch Wärmeübertragung zum einen aus dem erstarrten aber noch glühend heißen Bereich der Bohrlochverschalung sowie auch durch gezielt eingesetzte elektrische oder Laser-Aufheizung in der ,Schmelzzone' vor den Kanälen eines solchen unteren Leitungselementes Vorort aufgeschmolzen werden.Of the Metal strand or a metal tubing can, for. B. also after a the last two versions, smoothly by magnetic levitation tracked inside the drilling rig elements or, z. B. after the first mentioned version, under low friction Carbon rings or carbon spacers sliding into the graphite hollow cylinder strand be tracked the hot part, in whose Course by heat transfer to a from the but still red hot area of the Borehole casing as well as by specifically used electrical or laser heating in the 'melting zone' in front of the channels be melted suburb of such a lower conduit element.
Erfindungsgemäß wirkt das Gesamtgewicht des Metallstrangs bzw. Metallrohrstrangs bei senkrechter Führung auf einen relativ kleinen Strangquerschnitt im Verhältnis zur Länge mit Erzeugung eines enormen Drucks in der Metallschmelze unter der die überhitzte Gesteinsschmelze verpresst wird, wobei der nach oben wirkende Reaktionsdruck auf den Bohranlagenquerschnitt durch das Gewicht der Bohranlagenelemente und deren Reibung in der – Druckverschlusszone von erstarrender Metallschmelze im Außenbereich der Schmelzbohranlage bzw. sich ausdehnendem und noch nicht völlig aufgeschmolzenen Metallstrang im Hohlzylinderbereich- der Elemente in den Funktionsabschnitten ,Heißer Teil' und Zieh & Kühl Teil abgefangen wird und die Bohranlage damit relativ kurz gehalten werden kann und nicht mehr zur Metallschmelze-Nachführung bis zur Oberfläche reichen muss.Acts according to the invention the total weight of the metal strand or metal tubing in a vertical Guide on a relatively small strand cross section in the Relationship to the length with generation of a huge one Pressure in the molten metal under the superheated molten rock is pressed, the upward reaction pressure on the drilling rig cross section through the weight of the drilling rig elements and their friction in the - pressure-locking zone of solidifying Molten metal in the outer area of the melt drilling rig or expanding and not yet completely melted Metal strand in Hohlzylinderbereich- the elements in the functional sections 'Hot Part' and Pull & Cool Part is caught and kept the drilling rig so relatively short can not and is no longer used for molten metal tracking must reach to the surface.
Haltemagnete zum Aufbau der Metallbohrlochverschalung wie beim Stand der Technik werden erfindungsgemäß überflüssig durch Einbringung der genannten Kanälen, insbesondere bevorzugt mindestens drei Querkanälen, die als ,Einspeiser' am Ende der ,Schmelzzone' in wenigstens einem der unteren (dem Bohrlochgrund nahen) Leitungselement installiert sind. Die Querkanäle dienen als Metallschmelze-Speiser und füllen beim Start des Schmelzbohrvorgangs die Freiräume zum Aufbau der Metallbohrlochverschalung um die unteren Graphitzylinderlemente vollständig mit Metallschmelze bis zur Bohrlochbrust.holding magnets for the construction of the metal well casing as in the prior art are unnecessary according to the invention by introducing the said channels, in particular preferred at least three cross channels, called 'feeder' at the end the "melting zone" in at least one of the lower (the bottom of the hole near) line element are installed. The cross channels serve as molten metal feeders and fill at startup the Schmelzbohrvorgangs the space for building the metal well casing around the lower graphite cylinder elements completely with molten metal up to to the borehole.
In bevorzugte Ausführung verengt sich bei Einsatz eines Lasers als Schmelzenergiequelle bei dem Leitungselement mit den Querkanälen zur Metallschmelzeeinspeisung in die Umgebung ab diesen Querkanälen nach unten der innere Hohlraum, insbesondere auf den Laserstrahlquerschnitt. Die Verjüngung erfolgt auf einen reduzierten Querschnitt, der dem Querschnitt des Laserstrahls entspricht oder leicht größer ist, damit der Laserstrahl aus diesem unteren und ggfs. weiteren darunter folgenden Leitungselementen, die dann ebenso eine solche Bohrung aufweisen, nach unten in Richtung zur Bohrlochbrust austreten kann. Im Gesteinsschmelze-Bohrverfahren durch direkte Aufheizung durch Strom fehlt diese Zentralbohrung. In dieser Ausführung ist das Leitungselement mit den Kanälen und ggfs darunter eingesetzte weitere Leitungselemente nach unten geschlossen und Metallschmelze kann lediglich durch die Querkanäle austreten.In preferred embodiment narrows when using a laser as a melting energy source in the duct element with the transverse channels for molten metal feed into the environment from these transverse channels down the inner cavity, in particular on the laser beam cross-section. The tapering takes place on a reduced cross-section, which corresponds to the cross section of the laser beam or slightly larger is, so that the laser beam from this lower and possibly further including the following line elements, which then also one Have bore, exit down toward the wellbore can. In the rock melt drilling process by direct heating due to current, this central hole is missing. In this version is the pipe element with the channels and if necessary, underneath inserted further line elements closed down and Molten metal can only escape through the transverse channels.
Bevorzugt wird die Metallschmelze über die Querkanäle zum Bohrlochgrund nahen Leitungselement zum Aufbau der Metallbohrlochverschalung bei optimaler Druckgusstemperatur zugeführt und ist vor der direkten Strahlung der heißeren Gesteinsschmelze im Schmelzbohrbereich durch das ,Schmelzekissen' um den unteren Graphitzylinder-'Bohrkopf', d. h. das unterste Leitungselement aus Graphit geschützt.Prefers becomes the molten metal over the transverse channels to the Borehole bottom close line element to build the metal well casing fed at optimal die-casting temperature and is before the Direct radiation of the hotter molten rock in the Schmelzbohrbereich through the 'melt pad' around the lower graphite cylinder 'boring head', d. H. the lowest duct element is protected from graphite.
Damit verkürzt sich erfindungsgemäß die Erstarrungszeit und damit auch der ,Heiße Teil' des Bohrstrangs in der Länge.In order to According to the invention, the solidification time is shortened and thus also the, hot part 'of the drill string in the Length.
In einer möglichen Ausführung kann es vorgesehen sein, dass sich das unterste Leitungselement, insbesondere welches den eigentlichen „Bohrkopf” ausbildet, nach oben verjüngend ausgebildet ist, z. B. konisch verjüngend. Diese Formgestaltung bewirkt einen automatischen Abtrieb dieses Leitungselementes aufgrund des Druckes, der durch die Bohrlochumgebung auf dieses Element ausgeübt wird. Durch ein über diesem Leitungselement angeordnetes bearbeitendes Leitungselement, insbesondere ein so genanntes Ziehelement kann eine Metallverschalung, die sich an die Form eines solchen untersten Leitungselementes angepasst hat, geändert werden, z. B. so dass die Metallverschalung in axialer Richtung einen gleich bleibenden Querschnitt aufweist.In one possible embodiment, it may be provided that the lowest line element, in particular which forms the actual "drill head", is tapered upwards, for. B. conically tapered. This design causes an automatic downforce of this line element due to the pressure exerted by the borehole environment on this element. By way of a processing line element arranged above this line element, in particular a so-called drawing element, a metal may be used boarding, which has adapted to the shape of such a lowermost conduit element, be changed, for. B. so that the metal casing in the axial direction has a constant cross-section.
Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, Magnetpumpen(magnetische Flasche) zur Nachüberhitzung der Metallschmelze in der Schmelzzone entbehrlich zu machen. In dem bekannten Metallschmelze Bohrverfahren ist es Aufgabe der Metallschmelze als überhitztes Bohrmedium das Gestein aufzuschmelzen, die Metallschmelze ist damit dramatisch heißer als die Gesteinsschmelze.It is another object of the invention, magnetic pumps (magnetic bottle) for reheating the molten metal in the molten zone dispensable. In the known molten metal drilling method It is the task of molten metal as an overheated drilling medium to melt the rock, the molten metal is dramatic hotter than the molten rock.
In dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren wird die Metallschmelze nur als Startschmelze zum Schmelzbohren genutzt und danach wird die entstandene Gesteinsschmelze direkt durch Stromdurchfluss oder Laserstrahlung aufgeheizt und nicht indem die Metallschmelze durch o. g. Vorrichtungen wie Magnetpumpen überhitzt wird und dadurch der Gesteinsschmelzeabtrag erfolgt. Vielmehr wird die Metallschmelze, z. B. Eisenschmelze im Wesentlichen nur als Startschmelze und zum Aufbau der Metallbohrlochverschalung bzw. als Verdrängungs- sowie Schutzschmelze genutzt, um die direkte Aufheizung der Gesteinsschmelze durch Strom mittels Widerstandsheizung zu initiieren, da Gestein als guter Isolator erst in flüssiger Phase zum Stromleiter wird.In the present inventive method is the molten metal used only as a starting melt for melt drilling and thereafter, the resulting molten rock directly through current flow or laser radiation heated up and not putting the molten metal by o. g. Devices such as magnetic pumps is overheated and thereby the rock melt removal takes place. Rather, the Molten metal, z. B. molten iron essentially only as a starting melt and for the construction of the metal well casing or as displacement and Protective melt used to direct heating of the molten rock to initiate electricity by means of resistance heating, as rock as a good insulator only in liquid phase to the conductor is.
Die Gesteinsschmelze ist damit dramatisch heißer als die Metallschmelze. Durch den hohen Temperaturunterschied der beiden Schmelzen bedingt, ist die Viskosität und Oberflächenspannung der Gesteinsschmelze niedriger als die der Metallschmelze.The Rock melt is thus dramatically hotter than the molten metal. Due to the high temperature difference between the two melts, is the viscosity and surface tension of the molten rock lower than that of the molten metal.
Erfindungsgemäß wird die hohe Oberflächenspannung der kühleren Metallschmelze, deren höhere Viskosität und der Dichtekontrast dazu genutzt, die heißere und leichtere Gesteinsschmelze in Rißsysteme des Bohrlochumfelds zu verdrängen, die unter dem ThermoDruck der direkt am Gestein anliegenden heißen Gesteinsschmelze durch den Effekt des LithoFrac entstehen. Auf diese Weise wird eine Mischung von Metallschmelze und Gesteinsschmelze zudem im Ansatz verhindert.According to the invention the high surface tension of the cooler molten metal, their higher viscosity and density contrast used, the hotter and lighter rock melt displace into crack systems of the borehole environment, those under the thermal pressure of the directly adjacent to the rock hot Rock melt caused by the effect of LithoFrac. To this Way, a mixture of molten metal and molten rock also prevented in the approach.
Die Stromzuführung zur direkten Aufschmelzung des Gesteins durch Überhitzung der Gesteinsschmelze mittels Stromdurchfluss kann in einer möglichen Ausführung über mindestens eine Elektrode erfolgen, die in die untere Fläche des untersten Leitungselementes mündet, bevorzugt über mindestens drei im Graphitrohrstrang integrierte und isolierten Graphitelektroden.The Power supply for direct melting of the rock by overheating of the molten rock by means of current flow can in a possible execution over At least one electrode made in the lower surface the lowest line element opens, preferably over at least three graphite electrodes integrated and insulated in the graphite tubing.
Bei mehreren Elektroden können diese eine gleichmäßige Winkelanordnung aufweisen, bei drei z. B. jeweils unter 120 Grad zueinander und so positioniert, dass sie jeweils zentriert verlaufen.at several electrodes can make this a uniform Have angular arrangement, at three z. B. each below 120 degrees to each other and positioned so that they each run centered.
Bei Einsatz nur einer Elektrode kann eine Aufheizung z. B. durch einen Stromfluß zwischen dieser Elektrode und der Metallverschalung erfolgen. Bei bevorzugt eingesetzten drei oder mehr Elektroden kann ein Stromfluß zwischen diesen und/oder der Metallverschalung erzielt werden. Hierbei können die Elektroden phasenverschoben bestromt sein und ein Drehfeld erzeugen.at Use only one electrode can be a heating z. B. by a Current flow between this electrode and the metal casing respectively. In preferably used three or more electrodes can a flow of current between them and / or the metal casing be achieved. In this case, the electrodes can be phase-shifted be energized and generate a rotating field.
Diese Elektroden können bevorzugt gleichzeitig auch die Aufgabe einer Vollautomatischen Steuerung nach dem (ERT) Electrical Resistance Tomograph (Lawrence Livermore National Laboratory) durch ein Computerprogramm übernehmen und/oder nach dem Drehstromprinzip die Schmelzen zwischen Graphitzylinder und Bohrlochbrust durch drehen und schwenken der Schmelzen als ,Schmelze-Bohrkopf' zum exakten Gesteinsabtrag steuern.These Electrodes can preferably simultaneously also the task a fully automatic control according to the (ERT) Electrical Resistance Tomograph (Lawrence Livermore National Laboratory) through a computer program and / or according to the three-phase principle, the melts between graphite cylinder and borehole by turning and pivoting the melts as a 'melt drill head' control exact rock erosion.
Eine jede Elektrode kann in einer Ausführung eine elektrische Leitungsverbindung zur Oberfläche aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Elektrode direkt aus einem in einem unteren Leitungselement, z. B. einem des kalten Teils, mitgeführten Reaktor mit Strom versorgt wird. Ein Stromfluß kann dabei zwischen drei Elektroden über die Schmelze phasenverschoben und mit unterschiedlicher Stärke erfolgen, wobei die metallische Bohrlochverschalung als Rückleiter dient.A Each electrode can in one embodiment an electrical Have line connection to the surface. It can also be provided that an electrode directly from one in a lower one Conduit element, z. B. one of the cold part, entrained Reactor is supplied with electricity. A current flow can thereby phase-shifted between three electrodes across the melt and with different strength, the metallic Borehole casing serves as a return conductor.
Nach dem das Bohrlochziel einer Tiefbohrung erreicht ist, werden zumindest die Elemente des ,Kalten Teils' und des ,Zieh und/oder Kühl Teils' der Bohranlage selbsttätig oder mit Hilfe eines Fahrstuhls, insbesondere eines solchen nach dem MagLev-Prinzip samt ungenutztem Metallstrang bzw. Metallrohrstrang demontiert.To the wellbore target of a deep well is reached, at least the elements of the "cold part" and the, drawing and / or cooling Part of the rig itself or with the help of a Elevator, especially one according to the MagLev principle together Unused metal strand or metal tubing disassembled.
Die Bohrschacht-formenden Leitungselemente, insbesondere Graphitzylinder des ,Heißen Teils' der Bohranlage samt innerem Metallkern, können auch im unteren Teil des Bohrschachts verbleiben, da die Bohrschacht-Metallverschalung im Erstarrungsprozess im oberen Teil leicht aufschrumpft und diese somit ggfs. nicht zu bergen sind.The Well shaft forming conduit elements, in particular graphite cylinder the 'hot part' of the drilling rig together with the inner metal core, can also remain in the lower part of the well, because the well bay metal casing in the solidification process in the upper Part shrinks slightly and thus they may not be recovered.
Diesem leichten Aufschrumpfungsprozess kann dadurch Rechnung getragen werden, dass der Graphit-Hohlzylinderstrang sich nach unten hin entsprechend konisch erweitert, was den Druckverschluss zum hochgespannten Schmelzebereich zusätzlich verstärkt. Aus Kostengründen und in anderer Hinsicht ist die Länge des ,Heißen Teils' bevorzugt auf ein notwendiges Minimum zu reduzieren, denn die Länge des ,Heißen Teils' bestimmt auch die Länge der Vorbohrung. Die Vorbohrung ist also bevorzugt derart tief auszuführen, dass alle Leitungselemente des heissen Teils darin eingesetzt werden können, um den Schmelzvorgang zu starten.This light shrinking process can be taken into account by the fact that the graphite hollow cylinder strand expands conically downwards, which additionally reinforces the pressure seal to the highly stressed melt area. For cost reasons and in other respects, the length of the 'hot part' is preferably reduced to a necessary minimum, because the length of the 'hot part' also determines the length of the pilot hole. The pre-drilling is imminent zugt so deep that all line elements of the hot part can be used therein to start the melting process.
Bevorzugt hat die Vorbohrung samt Metallrohrverschalung vor Start des Schmelzbohr-Prozesses so eine Tiefe, dass sie neben dem gesamten ,Heißen Teil' und den ,Zieh & Kühl Teil' auch eine ausreichende Anzahl von Fahrstuhl-Elemente, insbesondere Maglev-Elementen zum Halten und Drücken aufnehmen kann, insbesondere wenn das Eigengewicht des ,Heißen Teils' und den ,Zieh und/oder Kühl-Teils nicht ausreicht. Dabei haben die vorgenannten Elemente in Summe mit ihrem Gewicht plus der entwickelten Druckkraft der Fahrstuhl-Elemente, insbesondere Maglev-Elemente einen so großen Druck zu erzeugen, dass die als Ziehelemente ausgebildeten Leitungselemente ihre Arbeit der Aufweitung, Verdichtung und Glättung der Metallbohrlochverschalung auf ein exaktes Maß und die Verdrängung der erzeugten Gesteinsschmelze in das Seitengestein des Bohrlochumfelds erfüllen können.Prefers has the pre-drilling including metal pipe casing before the start of the melt-drilling process such a depth that they are next to the entire, hot part ' and the, Pull & Cool Part 'also a sufficient number of elevator elements, in particular Maglev elements for holding and pressing, especially if the weight of the 'hot part' and the, drawing and / or cooling part is insufficient. Have along the above elements in sum with their weight plus the developed Pressure of the elevator elements, in particular Maglev elements to generate such a great pressure that as drawing elements Trained pipe elements do their work of widening, compaction and smoothing the metal well casing to a precise one Measure and the displacement of the generated molten rock into the lateral rock of the borehole environment.
Die ,Ziehelemente' haben die Aufgabe, oberhalb des wenigstens einen Leitungselementes, in welchem die Aufschmelzung erfolgt, insbesondere am oberen Ende des Graphit-Hohlzylinder-Strangs, die erstarrte aber noch rotglühende Metall-Bohrlochverschalung auf ein vorgegebenes Maß aufzuweiten, zu verdichten und zu glätten, so dass sie im erkaltetem Zustand den Bedingungen eines Fahrstuhlsystems, insbesondere eines Maglev-Elevators für einen problemlosen Einsatz genügen.The 'Draw elements' have the task, above the at least one Conduit element in which the melting takes place, in particular on upper end of the graphite hollow cylinder strand, but the solidified still red-hot metal borehole casing on a given To widen, condense and smooth the measure, so that when they are cold the conditions of an elevator system, especially a Maglev elevator for a hassle-free Use suffice.
Die Ziehelemente können zumindest leicht konisch geformt sein und deren Oberfläche kann mit einer Beschichtung, z. B. mit Zirkon versehen sein, so dass beim Vorrücken der Schmelzbohranlage die unter hohem Druck noch formbare Metallbohrloch-Verschalung ihre endgültige Form erhält. Dazu können neue oder nach dem Stand der Technik bekannte Verdichter, Gleitmittel oder Mittel zur Oberflächenbehandlung eingesetzt werden, die diesen Verdichtungs- und Aufweitungsprozess optimieren und ergänzen.The Drawing elements can be at least slightly conical and whose surface may be coated with a coating, e.g. B. be provided with zircon, so that when advancing the melt drilling rig the high pressure still malleable metal well casing their final shape receives. This can be new or compressors known in the art, lubricants or surface treatment agents are used, which optimize and complement this compaction and expansion process.
Kühlelemente sind nicht zwingend notwendig. Es wird abzuwägen sein, ob sich der Aufwand für die Kühlmittelzufuhr und die Wärmeableitung auszahlt. Die Kühlung kann problemlos über die Innenflächen der Ziehelemente zur Wirkung kommen oder über separat zum Zweck der Kühlung nachgeführte Leitungselemente, um die Güte der Metallbohrlochverschalung zu verbessern und den Abkühlungsprozess zu beschleunigen. Die Kühlung kann über am Markt verfügbare Kühltechniken erfolgen oder erfindungsgemäß über eine SC(supercritical)-Wasserkühlung erfolgen, die wie die Stromversorgung im TubeCoil-System über ein selbstschreitendes Magnet-Haltesystem an der Metallverschalung des Bohrschachts entsprechend des Bohrfortschritts nachrückt.cooling elements are not mandatory. It will have to be weighed whether the cost of the coolant supply and the heat dissipation pays. The cooling can easily over the inner surfaces of the drawing elements come into effect or separately for the purpose of cooling tracked line elements to the quality of Metal well casing to improve and the cooling process to accelerate. The cooling can over on the market available cooling techniques or according to the invention via a SC (supercritical) water cooling done the like the power supply in the TubeCoil system via a self-running Magnetic holding system on the metal casing of the borehole according to advances the Bohr progress.
Die SCW-Kühlung umfasst ein geschlossenes zweiteiliges Hochdruck-Rohrsystem das wärmeisoliert im TubeCoil-System über das selbstschreitende Magnet-Haltesystem nachgeführt wird. Da die Viskosität von SCW gegen Null geht und damit kaum Reibung im Rohr erzeugt, durchströmt SCW trotz Vergrößerung des Volumens ein Rohr mit gleichem Durchmesser etwa gleich schnell wie das kalte Druckwasser. Das SC-Wasser läuft an der Oberfläche zur Energierückgewinnung über einen Wärmetauscher und wird beispielsweise zur Stromproduktion mit 50% Wirkungsgrad genutzt, indem es über eine SC-Hochtemperatur- und Hochdruck-Turbine entspannt wird.The SCW cooling includes a closed two-piece high-pressure piping system thermally insulated in the TubeCoil system via the Self-sustaining magnetic holding system is tracked. Since the viscosity of SCW goes to zero and thus little friction generated in the pipe, SCW flows through despite magnification the volume of a tube of the same diameter about the same speed like the cold pressurized water. The SC water runs on the surface for energy recovery via a heat exchanger and becomes, for example, power production with 50% efficiency by relaxing over an SC high-temperature and high-pressure turbine becomes.
Das selbstschreitende Magnet-Haltesystem, insbesondere mit entsprechend ausgerüstetem Leitungselement umfasst Elektromagnete und wird erfindungsgemäß genutzt, in dem es alle Elektromagnete zentral ansteuert, die so in kurzer Sequenzfolge auf ,Halten'/,Lösen' geschaltet werden, so dass sie im Tempo des Bohrfortschritts unter Schwerkraft die Bohrlochwand entlang ,rutschen'. Nach Erreichen des Bohrziels und Demontage der Bohrstrangelemente wird auch das Magnet-Haltesystem über das Fahrstuhlsystem, insbesondere den Maglev-Elevator demontiert, wie es zuvor von der Oberfläche her montiert wurde.The self-propelled magnet-holding system, in particular with accordingly equipped line element includes electromagnets and is used in the invention, in which all electromagnets central, which in short sequence on 'hold' / 'release' be switched so that they are in the pace of drilling progress below Gravity down the borehole wall, 'slip'. After reaching the Drilling and disassembly of the drill string elements is also the magnet-holding system over dismantled the elevator system, in particular the Maglev elevator, as it was previously mounted from the surface.
Da zwei gegenüber liegende Versorgungssysteme mit ihren selbstschreitenden Magnet-Haltesystemen im Bohrlochschacht Platz brauchen, sind entweder in den nachzuführenden Bohranlagenelementen des ,Kalten Teils' entsprechende Aussparungen im Bereich der Versorgungselemente vorzusehen oder die Form des Bohrschacht ist so zu wählen, dass er um entsprechende Freiräume ergänzt wird, was durch eine entsprechende Formung der den Schacht bildenden Graphitzylinder beliebig beim Schmelzbohrverfahren möglich ist. Ein Schacht mit einer quadratischen Grundfläche würde beispielsweise in den vier Ecken ausreichend Platz für Versorgungselemente lassen und in den Ecken auch Raum für ein eventuell notwendiges Fahrstuhlsystem, insbesondere wenn nötig ein Langstatorsystem für den Maglev Elevator schaffen.There two opposing supply systems with their self-pending Magnetic retention systems in the well bay need space either in the drill rig elements of the, Kalten Partial 'corresponding recesses in the supply elements or to choose the shape of the wellbore so that he is supplemented by appropriate freedom, what by a corresponding shaping of the shaft forming graphite cylinder is arbitrarily possible in the melt drilling process. A shaft For example, with a square footprint enough space for supply elements in the four corners leave and in the corners also room for a possibly necessary Elevator system, especially if necessary a long stator system for the Maglev Elevator.
Neben der Stromversorgung über ein nachzuführendes Kabel ergibt sich auch die Möglichkeit der Schmelzenergieversorgung über effektive Laser die am Markt und in der Entwicklung sind. Der Einsatz von Laser als Schmelzenergiequelle erfordert ein exakt gerades Bohrloch von der Oberfläche bis zur Bohrsohle, damit über die hohlen Leitungselemente der Laserstrahl von der Oberfläche her eingeschossen werden kann. Für die Nachführung des Metallstrangs würde es bedeuten, dass dieser als Rohrstrang nachgeführt werden müsste.In addition to the power supply via a nachzuführendes cable also results in the possibility of melting energy supply via effective lasers are on the market and in development. The use of laser as a source of fusion energy requires a precisely straight borehole from the surface to the bottom of the hole, so that the laser beam can be injected from the surface via the hollow line elements. For the tracking of the metal strand, it would mean that this as Pipeline would have to be tracked.
Bei der Einführung der Rohrstrang-Elemente wie auch der hohlen Bohranlagenelement an der Oberfläche durch einen Automaten können dabei in einer möglichen Ausführung mindestens zwei Laserstrahlen mit Spiegelsystem vorgesehen sein, so dass bei Unterbrechung eines Laserstrahls während der Elementezuführung der zweite Laserstrahl zur Verfügung steht, damit die Elemente bei Einführung nicht durch den Laserstrahl geschädigt würden und der Lichtdruck auf die Hochdruckschmelze nicht kurzzeitig unterbrochen würde. Der Inhalt des ,Schmelzekissen' zwischen Bohrlochbrust und ,Bohrstrangkopf' würde ansonsten in den Freiraum der Graphithohlelemente schießen und der Bohrstrangkopf damit auf das Gestein aufsetzen und unter dem hohen Eigendruck zerstört werden. Um dies bevorzugt auch bei Ausfall der Laser zu verhindern, kann bei dieser Ausführung aus Sicherheitsgründen der Einbau gleich mehrerer Magnetventile in dem Graphit-Hohlelemente-Strang vorgenommen werden.at the introduction of the tubing elements as well as the hollow Drilling rig element on the surface by a machine can do this in a possible execution at least two laser beams are provided with mirror system, so that when a laser beam is interrupted during element feeding the second laser beam is available to allow the elements not damaged by the laser beam when inserted and the light pressure on the high-pressure melt would not would be interrupted briefly. The content of the 'melt pad' between wellbore and 'drill string head' would otherwise shoot into the space of the graphite hollow elements and the Drill string head with it on the rock and under the high Self-pressure to be destroyed. To this prefers also in case of failure The laser can prevent this from happening For safety reasons, the installation of several solenoid valves be made in the graphite hollow element strand.
Bei Anwendung des Lasers als Schmelzenergiequelle kann die Anordnung der Schmelzbohranlage sonst im Wesentlichen beibehalten bleiben. Lediglich die Leitungselemente ab bzw. unter der Schmelzzone des Bohrstrangs müssten zwingend mit einer durchgehenden Zentralbohrung versehen werden. Der Laserstrahl würde so fokussiert, dass er im unteren Bohrstrang die Zentralbohrung ausfüllen würde, um direkt die Bohrlochbrust zu beaufschlagen, was zur Freisetzung einer extrem heißen Gesteinsschmelze führen würde. Dabei würde ein hoher Schmelzedruck aufgebaut und der Lichtdruck des Lasers würde verhindern, dass die Schmelze in die Zentralbohrung hochschießt, durch die auch der Laserstrahl läuft.at Application of the laser as a melting energy source, the arrangement otherwise remain essentially intact. Only the line elements from or below the melting zone of Bohrstrangs would have mandatory with a continuous central bore be provided. The laser beam would be focused that way he would fill the central hole in the lower drill string, to apply directly to the wellbore, resulting in release an extremely hot molten rock would lead. This would build up a high melt pressure and the light pressure The laser would prevent the melt from entering the central hole shoots, through which also the laser beam runs.
Die Richtungskorrektur und automatische Steuerung kann entsprechend wie o. g. über ERT und die Drehstromelektroden vorgenommen werden.The Direction correction and automatic control can be done accordingly as o. g. made via ERT and the three-phase electrodes become.
Die Figuren zeigen je ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich:The Figures each show an embodiment of the invention, namely:
Die
Aus
dieser Schmelzezone führen Kanäle
Die
zentrale Ausnehmung des untersten Elementes
Das über
dem untersten Element
Das
darüber angeordnete Leitungselement
Die
Legende Zeichnung 1.
- 1
- Graphitzylinderstrang mit 'Druckbohrkopf'
- 2
- Zieh- und/oder Kühlelemente-Teil
- 3
- Magnet(Gleiter)Elemente-Teil
- 4
- Elektroden (bevorzugt mindestens drei)
- 5
- Schmelzkammer (Schmelzzone)
- 6
- unteres/unterstes Leitungselement mit Kanälen zur Einspeisung der Metallschmelze
- 7
- nachgeführter Metallstrang zum Aufbau der Metallbohrlochverschalung
- 8
- Gesteinsschmelze-Bohrlochverschalung aus erstarrter Gesteinsschmelze
- 9
- Metallguss-Bohrlochverschalung (verdichtet, getempert und geglättet)
- 9a
- Am Ende des Ziehprozesses (Metallzustand)
- 9b
- Am Anfang des Ziehprozesses (Erstarrt aber noch rotglühend)
- 9c
- Metallschmelze auf dem Wege der Erstarrung
- 9d
- Metallschmelze flüssig aber mit hoher Viskosität und Oberflächenspannung
- 10
- Metallschmelze verdrängt Gesteinsschmelze
- 11
- Stromzuführung
- 12
- Luftspalt für Maglev-Elemente und Maglev-Elevator
- 13
- Luftspalt für nachzuführenden Metallstrang
- 14
- Risse des Thermo- und Litho-Fracsystems
- 1
- Graphite cylinder strand with 'pressure drill head'
- 2
- Drawing and / or cooling elements part
- 3
- Magnet (glider) element part
- 4
- Electrodes (preferably at least three)
- 5
- Melting chamber (melting zone)
- 6
- lower / lowest duct with channels for feeding the molten metal
- 7
- tracked metal strand to build the metal well casing
- 8th
- Rock melt borehole casing from solidified molten rock
- 9
- Cast metal borehole casing (compacted, tempered and smoothed)
- 9a
- At the end of the drawing process (metal state)
- 9b
- At the beginning of the drawing process (but still red hot)
- 9c
- Molten metal on the way to solidification
- 9d
- Molten metal liquid but with high viscosity and surface tension
- 10
- Molten metal displaces molten rock
- 11
- power supply
- 12
- Air gap for Maglev elements and Maglev elevator
- 13
- Air gap for metal strand to be fed
- 14
- Cracks in the thermal and lithographic frac system
Legende Zeichnung 2.
- 1
- Graphitzylinderstrang mit Zentralbohrung für Laserstrahl
- 2
- Zieh- & Kühlelemente-Teil
- 3
- Magnet(Gleiter)Elemente-Teil
- 4
- Graphitelektroden
- 5
- Schmelzkammer(Schmelzzone)
- 6
- unteres/unterstes Leitungselement mit Kanälen zur Einspeisung der Metallschmelze Metallstrang zum Aufbau der Metallbohrlochverschalung
- 7
- Gesteinsschmelze-Bohrlochverschalung aus erstarrter Gesteinsschmelze
- 9
- Metallguss-Bohrlochverschalung (verdichtet, getempert und geglättet)
- 9a
- Am Ende des Ziehprozesses (Metallzustand)
- 9b
- Am Anfang des Ziehprozesses (erstarrt aber noch rotglühend)
- 9c
- Gussschmelze auf dem Wege der Erstarrung
- 9d
- Gussschmelze flüssig aber mit hoher Viskosität und Oberflächenspannung
- 10
- Metallschmelze verdrängt Gesteinsschmelze
- 11
- Stromzuführung
- 12
- Luftspalt für Maglev-Elemente und Maglev-Elevator
- 13
- Zentralbohrung im Graphitzylinder für den Laserstrahl
- 14
- Risssystem durch Thermo- & LithoFrac zur Gesteinsschmelzeverpressung
- 15
- Laserstrahl
- 16
- Freisetzung von Gesteinsschmelze durch Laser(Schmelzehöchsttemperatur)
- 17
- Abgeschwächter Temperaturbereich(Schmelzekegel)
- 18
- Äußerer Schmelzonenbereich
- 19
- Leicht konusförmig erweiterte Schmelzekammer
- 20
- Metallrohstrang mit Öffnung für Laserstrahl
- 1
- Graphite cylinder strand with central bore for laser beam
- 2
- Pull & Cooler Part
- 3
- Magnet (glider) element part
- 4
- graphite electrodes
- 5
- Melting chamber (melting zone)
- 6
- lower / lowest duct element with channels for feeding the molten metal metal strand for constructing the metal borehole formwork
- 7
- Rock melt borehole casing from solidified molten rock
- 9
- Cast metal borehole casing (compacted, tempered and smoothed)
- 9a
- At the end of the drawing process (metal state)
- 9b
- At the beginning of the drawing process (but still red hot)
- 9c
- Casting melt on the way of solidification
- 9d
- Cast melt liquid but with high viscosity and surface tension
- 10
- Molten metal displaces molten rock
- 11
- power supply
- 12
- Air gap for Maglev elements and Maglev elevator
- 13
- Central hole in the graphite cylinder for the laser beam
- 14
- Cracking system by Thermo & LithoFrac for rock melt compression
- 15
- laser beam
- 16
- Release of molten rock by laser (maximum melt temperature)
- 17
- Weakened temperature range (melting cone)
- 18
- Outer melting zone
- 19
- Slightly conical expanded melt chamber
- 20
- Metallrohstrang with opening for laser beam
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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