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Verfahren und Vorrichtung zum Bohren eines Loches von einer ersten
unterirdischen Stelle zu einer zweiten unterirdischen Stelle Die vorliegende -,Erfindung.
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bohren eines Loches von einer ersten
unterirdischen Stelle zu einer zweiten unterirdischen Stelle.
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Bei der Gewinnung verschiedener Bodenschätze, wie z. B. Öl, Schwefel;
Salz oder anderer Mineralien, ist zum Zweck der besseren Ausbeute erforderlich,
mehrere senkrechte Bohrungen in die Formation zu bohren und diese Bohrungen untereinander
zu verbinden.
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Aus der USA.-Patentschrift 2 822158 ist ein Verfahren bekannt, mit
welchem zwei in einem gewissen Abstand voneinander befindliche Bohrungen an ihren
tiefsten Stellen miteinander verbunden werden können. Hierbei wird ein :Leitklotz,
dessen Durchmesser nahezu .dem der Bohrung -entspricht, in :diese eingeführt und
an der Sohle abgesetzt. Sein Kopfteil ist keglig abgerundet, so daß ein durch :die
Bohrung eingeführter Bohr- bzw. Spülkopf, der auf dem Kopf des Leitklotzes auftrifft,
von .diesem seitlich .abgelenkt wird. Da das Bohrgestänge biegsam gestaltet ist,
ist es auf diese Weise möglich, von der senkrechten Bohrung in eine Schrägbohrung
:bzw. in eine waagerechte Bohrung überzugehen. Das Verfahren nach der obengenannten
USA.-Patentschrift weist jedoch den Nachteil .auf, .daß eine Richtungsbestimmung
mit Hilfe des Leitklotzes nur sehr. schwer möglich ist, so daß nur mit größerem
Arbeits- und Zeitaufwand, d. h. nach mehrmaligem Einführen und Versuchsbohren, eine
bestimmte -unterirdische Stelle gefunden werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren .und eine
Vorrichtung zum lenkbaren Bohren zu schaffen, mit welchen es möglich ist, genau
von einer unterirdischen Stelle zu einer anderen unterirdischen Stelle .durchzubohren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man von der
einen unterirdischen Sfelle Signale aussendet, die .an der zweiten unterirdischen
Stelle empfangen und zur Richtungskorrektur der Bohrung herangezogen werden.
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Die Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet
durch eine Signalerzeugungsvorrichtung an einer der unterirdischen Stellen, eine
Signalempfangsvorrichtung an der anderen unterirdischen Stelle, eine mit der Signalempfangsvorrichtung
in Verbindung stehende Anzeigevorrichtung zur Anzeige von Impulsänderungen -des
von der Signalempfangsvorrichtung empfangenen Signals und :eine Vorrichtung zur
steuerbaren Richtungsänderung der Bohrvorrichtung nach Maßgabe der Impulsänderungen.
In den Zeichnungen ;zeigt F i g.1 eine Querschnittsansicht durch ein Arbeitsbohrloch
und ein Zielbohrloch, in welche das erfindungsgemäße Gerät eingesetzt ist, F i g.
2 eine Querschnittsansicht ,durch ein Arbeitsbohrloch und ein Zielbohrloch, die
in Nähe ihrer unterirdischen Stellen :durch eine waagerechte Bohrung miteinander
verbunden sind, die mit dem erfindungsgemäßen Gerät hergestellt worden ist, F i
g. 3 eine Querschnittsansicht durch .das Arbeitsbohrloch, in welchem die Bohrvorrichtung
des erfindungsgemäßen Gerätes angeordnet und in ihrer Schräglage in Richtung :auf
:das Zielbohrloch dargestellt ist, F i g. 4 eine Querschnittsansicht der Bohrvorrichtung
des erfindungsgemäßen Gerätes, F i g. 5 eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform
der Bohrvorrichtung und F i g. 6 eine Querschnittsansicht eines Zielbohrloches,
das mit einer weiteren Ausführungsform der Signalempfangsvorrichtung des erfindungsgemäßen
Gerätes ausgerüstet ist.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und zunächst auf F i g. 1 wird
ein Zielbohrloch 10 im wesentlichen senkrecht durch die oberen Erdschichten zu einer
Stelle in der den Bodenschatz enthaltenden Abbauschicht 12 und vorzugsweise zu deren
unterer Begrenzung niedergebracht. Eine Bohrlochverkleidung 14 wird in dem Zielbohrloch
10 angeordnet und so weit in das Bohrloch abgesenkt, daß
ein .kurzes
Stück des Zielbohrloches am unteren Ende urverkleidet bleibt. Eine Signalempfängsvorrichtung
16 von (bekannter Ausbildung und Wirkungsweise wird sodann in das urverkleidete
untere Ende des Zielbohrloches 10 am unteren Ende eines üblichen Drahtseiles
18 abgesenkt. Das Drahtseil 18 ist - mit einer oder mehreren (nicht dargestellten)
elektrischen Verbindungen für die Übertragung des durch die Signalempfangsvorrschtung
16 empfangenen Signals zur Erdoberfläche versehen. . , Ein zweites als Arbeitsbohrloch
20 bezeichnetes Bohrloch wird im wesentlichen senkrecht ,durch die oberen Erdschichten
gebohrt, so daß sich sein Boden ebenfalls in der Abbauschicht 12 befindet. Das Arbeitsbohrloch
20 ist ebenfalls .mit einer Bohrlochverkleidung 21. versehen, die nach unten .bis
kurz oberhalb -des Bodens des Bohrloches verläuft. Ein Bohrstrang 22, der aus einem
oberen unbiegsamen Abschnitt 24, einem unteren biegsamen Bohrstrangabschnitt 26
und einem Bohrkopf 28 besteht, wird in das Arbeitsbohrloch 20 eingeführt und durch
einen bekannten (nicht dargestellten), an der Erdoberfläche über dein Bohrloch 20
befindlichen Bohrturm in dem Arbeitsbohrloch 20 betätigbar getragen.
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Ein Ablenkungskeil 30 ist im unteren Ende des Arbeitsbohrloches
20 in einer bestimmten ausgerichteten Stellung angeordnet,- so daß der unterste
Teil des biegsamen Bohrstrangabschnittes und sein zugehöriger Bohrkopf 28 seitlich
in eine bestimmte, von der Senkrechten abweichende Richtung abgelenkt werden, die
ungefähr auf das Zielbohrloch 10 weist. Bei Beginn .des Bohrvorganges wird der Bohrkopf
28 in seitlicher Richtung :auf das Zielbohrloch 10 zu vorangetrieben, wie es in
F i g. 3 dargestellt ist.
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Wie aus F i g. 4 hervorgeht, ist der Bohrkopf 28 durch .ein Anschlußstück
36 mit der am unteren Ende des biegsamen Bohrstrangabschnittes 26 vorgesehenen Metallmanschette
32 verbunden. Der Bohrkopf 28 ist in an sich bekannter Weise in Form eines Spülkopfes
.ausgebildet und ;mit seiner winklig zur Längsachse angeordneten Düse 60 versehen,
welche finit Hilfe eines im Innern des Spülkopfes befindlichen Motors 64 um diese
Achse gedreht werden kann. Dar Motor 64 kann von der .Erdoberfläche oberhalb des
,Arbeitsbohrloches 20 aus betätigt werden, um .die Drehung der Bohrspitze 42 des
Spülkopfes zu bewirken.
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Eine Signalerzeugungsvorrichtung 72 ist ebenfalls im Innern des. Spülkopfes
in der Nähe .des Motors 64 angebracht und an diesem befestigt. Sie wird vorzugsweise
elektrisch erregt und durch den Leiter 70 mit elektrischer Energie gespeist.
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Eine zentrale Kontrolltafel 80 ,ist an der Ober-Fläche in der
Nähe der Steuergeräte für .den (nicht dargestellten) Bohrturm angeordnet, der über
.dem Arbeitsbohrloch 20 steht. Ein an der Oberfläche befindlicher Leiter 81 'übermittelt
-das Signal von der Signalempfangsvorrichtung 16 der Kontrolltafel 80. Der Leiter
70 verläuft vom Motor 64 und der S_ignalerzeugungsvorrichtung 72 aus nach oben zur
Kontrolltafel 80. Diese ist mit mindestens einem Gerät für die optische Darstellung
von Impulsänderungen der von der Signalempfangsvorrichtung 16 empfangenen Signale
versehen. Wirkungsweise Das Zielbohrloch 10 und das Arbeitsbohrloch
20
werden in die Abbauschicht 12 niedergebracht .und verkleidet, -wie
oben,beschrieben wurde. Die Signalempfangsvorrichtung 16 wird aodänn im Zielbohrloch
10 aufgehängt und -der-elektrische Leiter 81 mit der Kontrolltafel 80 verbunden.
Der Bohrstrang 22 mit dem daran befestigten .Ablenkungsteil 30 wird sodann in der
in F i g. 1 gezeigten Weise in das Arbeitsbohrloch 20 eingeführt. Der Ablenkungskeil
30 wird so ausgerichtet, daß er den Bohrkopf 28 nach der Seite in die allgemeine
Richtung des Zielbohrloches 10 ablenkt.
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Wasser, vorzugsweise Süßwasser, wird sodann durch den Bohrstrang 22
nach unten gepumpt und aus der Düse 60 in der Spitze des Spülkopfes gegen die Seite
des Arbeitsbohrloches 20 in der Nähe dessen unteren Endes ausgestoßen. Das
Wasser gelangt in Berührung mit der mineralischen Abbauschicht 12 und löst d en
abzubauenden Mineralstoff aus ihr heraus. Das durch den Mineralstoff angereicherte
Wasser strömt sodann durch den Raum zwischen dem Bohrstrang 22 und der Bohrlochverkleidung
21 nach oben zur Erdoberfläche. Das mit dem mineralischen Stoff angereicherte Wasser
-wird- von dem -Bohrloch 20 .durch geeignete Rohrleitungen, od. dgl. (nichtdargestellt)
zu einer Anlage herkömmlicher Bauart geleitet, wo die Mineralien aus dem Wasser
,entfernt werden und das Wasser' abgeleitet oder in einem Kreislauf wieder dem Arbeitsloch
20 .zugeführt wird.
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Die Signalerz 'eügungsvorrichtupg 72 wird entweder ständig oder in-bestimmtenzeitliehen
Abständen betätigt. Das von dieser Vorrichtung erzeugte - Signal durchquert .die
Abbauschicht 12 zum Zielbohrloch 10, wo -es von der Signalempfangsvorrichtung
16
empfangen wird. Däs:Signal wird sodann durch den elektrischen Leiter iäi-Drahtseil
18 und durch den an der Erdoberfläche befinälichen Leiter 81 zu der Kontrolltafel80
übertragen.
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Bei Verwendung der Signalempfangsvorrichtung 16 wird .die Richtung
des Signalursprunges (Signalerzeugungsvorrichtung 72) auf einer (nicht dargestellten)
Anzeigevorrichtung .auf der Kontrolltafel 80 angezeigt, wodurch die den Bohrvorgang
durchführende Person in die Lage versetzt wird, die Bohrrichtung zu ändern, um die
Verbindung .des Arbeitsbohrloches mit dem Zielbohrloch 10 herzustellen. Andererseits
kann die Signalempfangsvorrichtung 16 .auch eine Vorrichtung sein, die Änderungen
des Signals mißt, wie z. B. Änderungen in der Stärke des empfangenen Signals. Wenn
sich die Signalerzeugungsvorrichtung 72 der Signalempfangsvorrichtung 16 nähert,
wird das empfangene Signal stärker, was auf entsprechenden Geräten .an der Kontrolltafel
80 angezeigt wird.
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Wenn man feststellt, daß sich der Bohrkopf 28 vom Zielbohrloch
10 hinwegbewegt, wird der Motor 64 von der Kontrolltafel 80 aus betätigt,
um die Bohrspitze 42 zudrehen und dabei die Richtung der Düse 60 in der Bohrspitze
42 zu verändern. Vorzugsweise wird die Bohrspitze 42 gegenüber dem Körper 40 jeweils
nur um einen geringen Betrag gedreht, beispielsweise um 30°. Sodann wird der Bohrvorgang
fortgesetzt und die Kontrolltafel beobachtet, um festzustellen, ob die Verstellung
des Bohrkopfes ausreichend war, um eine Bewegung in Richtung auf das Zielbohrloch
10 zu .bewirken. Dieser Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis die Bohrspitze
42 eine Stellung erreicht _hat, in der :der Bohrkopf 28 seitlich in, Richtung auf
das Zielbohrloch 10 gerät. Der Bohrvorgang schreitet datier in .der gleichen
Richtung voran,
in der die Düse 60 ausgerichtet ist, da das Bohrloch
durch die Strahlwirkung der durch die Düse 60 ausgestoßenen Bohrflüssigkeit,erzeugt
wird.
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Wenn sich der Bohrkopf 28 dem Zielbohrloch 10 nähert, werden geringfügige
Abweichungen ,der Bohrrichtung leichter erkennbar, ,da die Menge der Abbauschicht
12 zwischen dem Bohrkopf 28 und der Signalempfangsvorrichtung 16 verringert wird
und her die Empfangsstörungen ebenfalls geringer werden. Zu diesem Zeitpunkt können
daher Feineinstellungen in der Bohrrichtung vorgenommen werden, um den Durchtritt
des Bohrkopfes 28 in das untere Ende des Zielbohrloches 10 zu gewährleisten.
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F i g. 5 zeigt eine ,abgewandelte Ausführungsform des Bohrkopfes,
bei der ein Motor 64' und eine Signalerzeugungsvorrichtung 72' außerhalb des Bohrkopfes
28' angeordnet sind. Das elektrische Kabel 70', das den Motor 64' und die Signalerzeugungsvorrichtung
72' mit Strom speist, verläuft entweder innerhalb,des Bohrstranges, wie in F i g.
5 gezeigt, oder außerhalb des Bohrstranges nach oben zur Kontrolltafel 80 .an der
Erdoberfläche. Die Arbeitsweise dieser abgewandelten Ausführungsform gemäß F i g.
5 ist im wesentlichen die gleiche wie die Arbeitsweise der in Verbindung mit Fi
g. 4 beschriebenen Ausführungsform.
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Die F i. g. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Signalempfangsvorrichtung
:gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Signalempfangsvorrichtung 16' besteht aus
einem oberen starren Abschnitt 114, von ,dem aus zwei gleich lange biegsame Schenkel
116
und 118 nach unten abstehen. Die Schenkel 116 und 118 sind in Normalstellung
nach außen voneinander hinweg vorgespannt, so daß die Signalempfangsvorrichtung
16' in Normalstellung die Form eines umgekehrten Y annimmt, wie F i g. 6
zeigt.
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Der steife Abschnitt 114 und die Schenkel 116, 118 sind für den Durchfluß
von Bohrflüssigkeit hohl ausgebildet und .mit Düsen 120, 122 versehen. Im Abschnitt
114 und in den beiden Schenkeln 116 und 118 befinden sich Empfangsvorrichtungen
124 üblicher Bauart, welche getrennt voneinander Signale der Signalerzeugungsvorrichtung
72 bzw. 72' empfangen. Die von .diesen drei getrennten Empfangsvorrichtungen 124
empfangenen Signale werden getrennt ,durch ein im Zielbohrloch 10 befindliches (nicht
dargestelltes) Mehrleiterkabel nach oben zu der (nicht dargestellten) Kontrolltafel
geleitet, wo sie auf getrennten Meßgeräten oder ähnlichen Aufzeichnungsgeräten wiedergegeben
werden.
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Zur Inbetriebnahme wird die Signalempfangsvorrichtung 16' am .unteren
Ende eines Rohrstranges befestigt; sodann werden die Schenkel 116 und 118 zusammengedrückt
und in das verkleidete Zielbohrloch 10 abgesenkt. Wenn die Signalempfangsvorrichtung
16' den Boden des Zielbohrloches 10 erreicht hat, wird eine Flüssigkeit, wie z.
B. Süßwasser, nach unten durch die Schenkel 116 und 118 gepumpt und durch die Düsen
120 und 122 .ausgestoßen. Da die beiden Schenkel gegeneinander vorgespannt sind,
bettet sich die Signalempfangsvorrichtung in ,der in F i g. 6 dargestellten Lage.
Es kann daher durch Anwendung der Richtungefindungdurch Triangulierung mit Hilfe
der von den getrennten Empfangsvorrichtungen 124 empfangenen und aufgezeichneten
Signale eine genauere Ortsbestimmung .des Bohrkopfes vorgenommen und eine genauere
unterirdische Verbindung des Zielbohrloches 10 mit dem Arbeitsbohrloch 20 ermöglicht
werden.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
sind hinsichtlich .des Lösungsabbaues unterirdischer mineralischer Stoffe beschrieben
worden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung mit gleicher Wirksamkeit
bei der Gewinnung von Erdöl aus unterirdischen Vorkommen angewendet werden kann.
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Es sei darauf hingewiesen, ,daß die Signalerzeugungsvorrichtung 72
:auch in dem Zielbohrloch 10 angeordnet und die Signalempfangsvorrichtung in dem
Arbeitsbohrloch 20 angeordnet und an dem Bohrkopf 28 befestigt werden kann.
Bei dieser abgeänderten Anordnung ist es allerdings erforderlich, eine Signalempfangsvorrichtung
zu verwenden, die nicht durch die in dem Bohrstrang 22 hervorgerufenen Erschütterungen
beeinflußt wird. Ferner ist es möglich, -daß die durch den Ausstoß des Wasser-oder
Bohrflüssigkeitsstrahles durch die Düse 60 in der Bohrspitze 42 hervorgerufenen
Erschütterungen als .das Signal wirken können, das :den Bohrkopf 28 zum Zielbohrloch
10 führt. In diesem Fall kann die gesonderte Signalerzeugungsvorrichtung weggelassen
werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß mehrere seitlich verlaufende, nicht
senkrechte Löcher von einem einzelnen Bohrloch aus auf verschiedene Höhen innerhalb
dieses Bohrloches gebohrt werden können, indem lediglich der Ablenkungskeil
30 auf der gewünschten Höhe angeordnet und so ausgerichtet wird, .daß er
den Bohrkopf in der gewünschten Richtung jedes Bohrloches ablenkt.