DRUCKROHRSTRANG ZUM KONTINUIERLICHEN SCHMELZBOHREN FÜR TIEFBOHRUNGEN SOWIE VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZU DESSEN HERSTELLEN, VORTREIBEN UND ABBRECHEN

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckrohrstrang zum kontinuierlichen Schmelzbohren für Tiefbohrungen. Daneben betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung dieses Druckstranges wie auch zu dessen Vortreiben im Bohrloch und hernach dessen Abbrechen. Schliesslich betrifft die Erfindung auch Vorrichtungen zur Ausübung der vorgenannten Verfahren.

[0002] Unter kontinuierlichem Schmelzbohren wird eine Bohrtechnik verstanden, bei der vor oder an der Bohrkopfspitze eine so hohe Temperatur erzeugt wird, dass dort das Gestein aufgeschmolzen wird und die Gesteinsschmelze infolge des auf den Bohrkopf beaufschlagten Druckes in die aufgrund von Thermostress entstandenen Risse (Thermo-Fraction) im Seitengestein abgedrückt wird. Der Bohrkopf vermag in der Folge kontinuierlich weiter nachzustossen, Gestein aufzuschmelzen und zu verpressen. Solche Schmelzbohrtechniken sind zum Beispiel in der deutschen Patentschrift DE 25 54 101 C2 und in der deutschen Offenlegungsschrift 37 01 676 A1 beschrieben. Die erforderlichen Temperaturen werden von Hochdruck-Flammstrahlen erzeugt, die stöchiometrisch Wasserstoff und Sauerstoff verbrennen. Das Verfahren nach der deutschen Patentschrift DE 25 54 101 C2 ist zur Totalverpressung des als Schmelze anfallenden Bohrgutes ins Seitengestein konzipiert. Demgegenüber ist das Verfahren nach der deutschen Offenlegungsschrift 37 01 676 A1 ein Profilschmelzbohrverfahren, bei dem nur das Aussenprofil eines Bohrloches in einem minimalen Querschnitt, der gerade Platz für das Bohrgerät und dessen Versorgungsleitungen bietet, aufgeschmolzen wird. Die anfallende Schmelze aus diesem Bereich wird zum grösseren Teil in den stehenbleibenden Bohrlochkern gepresst. Der Bohrlochkern erfährt dabei eine Volumenvergrösserung und wird abschnittweise nach Passieren der inneren Kühlzone des Schmelzbohrgerätes abgeschert und nach oben gefördert. Beide Schmelzbohrverfahren sind als kontinuierliche Verfahren ausgelegt, das heisst, der Bohrvorgang erfolgt bis zum Bohrziel in einem Nu. Durch die seitliche Verpressung des Schmelzbohrgutes entsteht eine feste Bohrlochverschalung, die dem Schmelzbohrgerät als Führung dient und Einbrüche von Seitengestein ins Bohrloch verhindert. Ein kontinuierlicher Bohrvorgang ohne Unterbrechung und "round-trips" ist mittels eines solchen Schmelzbohrverfahrens auch auf Tiefen von 10'000 m bis 15'000 m deshalb möglich, weil die Lebensdauer des Druckbohrkopfes so ausgelegt werden kann, dass er eine Standzeit aufweist, die zur Erreichung des -ziels ausreicht. Um den kontinuierlichen Schmelzbohrprozess vor Unterbrechungen durch technische Pannen bestmöglich zu schützen, sind Verfahren zu wählen, bei denen mögliche Ausfallursachen auf ein Miniumum reduziert sind und Vorrichtungen gleich mehrfach zur Verfügung stehen, sodass bei Ausfall eines Aggregates sofort die weiteren zum Einsatz kommen können. Ein kontinuierlicher, ununterbrochener Bohrvorgang erhöht den Bohrfortschritt enorm und senkt die Bohrkosten. Diese Vorteile sind dem Schmelzbohrverfahrens grundsätzlich eigen, da es die Bohrkopfwechsel, Bohrgestängewechsel oder Bohrkernziehungen, die den Vortrieb der Bohrung unterbrechen würden, wie das bei der konventionellen mechanischen Bohrtechnik mit ihren bekannten "round-trips" der Fall ist, erübrigt. Diese Vorteile des Schmelzbohrverfahrens kommen aber nur dann zum Tragen, wenn die Versorung und Steuerung des Bohrkopfes ebenfalls über die ganze Bohrlochtiefe kontinuierlich erfolgen kann. Damit also diese Schmelzbohrverfahren zum Erstellen von Tiefbohrungen angewendet werden können, muss der sich kontinuierlich über einige tausend Meter ohne Halt nach unten bewegende Bohrkopf ständig unter einem Förderdruck in der Grössenordnung von etwa 2'000 bar mit Wasserstoff, Sauerstoff und Kühlwasser versorgt werden sowie mit einem mechanischen Anpressdruck beaufschlagt werden. Der abschnittweise Zusammenbau der Hochdruck-Versorgungsleitungen für Wasserstoff, Sauerstoff und Kühlwasser unter solchen Drucken sowie der Zusammenbau der Mess- und Steuerleitungen würde durch eine Vielzahl von Verbindungsstellen die Gefahr von Leckstellen und Ausfällen vorprogrammieren und die Montageabläufe verkomplizieren. Es muss deshalb mit anderen Mitteln eine kontinuierliche Versorgung, Steuerung und Kontrolle des Bohrkopfes mit Nach- und Rückführung des Druckrohrstranges mit den Versorgungs-, Mess- und Steuerleitungen sichergestellt werden.

[0003] Aus der US-A-3'817'466 ist ein Rohrspulensystem bekanntgeworden, mit dem mehrere flexible Bohrrohre in einen Korb, der sich um eine vertikale Achse dreht, gleichzeitig aufgewickelt werden. In diesem Korb werden die flexiblen Rohre automatisch positioniert, sodass sie sich darin nicht verheddern können oder über- oder untereinandergleiten können und so deren Oberfläche abgescheuert würde. Ausserdem wir dabei sichergestellt, dass die Kapaztität eines solchen Korbes optimal ausgenützt wird. Hierzu ist der Korb in mehrere konzentrische Abteile aufteilt, in welche die flexiblen Rohre zu liegen kommen, wobei über bewegliche Weichen festgelegt wird, in welches Abteil ein Rohr aufgerollt wird.

[0004] Aus der US-A-4'585'066 ist ein System bekanntgeworden, um Rohr- und Kabel-Stränge unterschiedlichen Durchmessers zur Energie-Belieferung und Beheizung eines Abschnittes einer unterirdischen Erdformation kontiniuerlich in ein Bohrloch einzubringen. Hierzu wird ein Gewichtskörper an einem Stahlseil in das Bohrloch abgesenkt. Mit gleicher Geschwindigkeit werden flexible Kabel und Rohre von diesem Gewichtsseil in das Bohrloch hinuntergezogen und dabei von trichterförmigen Strang-Führmitteln zu einem möglichst kompakten Strang zusammengefasst, der abschnittsweise mit einem flexiblen Band zusammengebunden wird.

[0005] In beiden obengenannten Fällen wird jedoch kein Druckrohrstrang gebaut, sondern es geht dabei in erster Linie um das Ein- und Ausbringen von flexiblen Leitungen in ein Bohrloch. Das kontinuierliche Schmelzbohren verlangt jedoch darüberhinaus unbedingt einen kontinuierlich zusammenbaubaren Druckrohrstrang.

[0006] Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckrohrstrang zum kontinuierlichen Schmelzbohren für Tiefbohrungen zu schaffen. Ausserdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen, Vortreiben und hernach Abbrechen dieses Druckrohrstranges zu schaffen.

[0007] Gelöst wird diese Aufgabe von einem Druckrohrstrang zum kontinuierlichen Schmelzbohren für Tiefbohrungen, in dessen Innerem die Versorgungs-, Mess-, und Steuerleitungen für das Bohrgerät gelagert sind und der sich dadurch auszeichnet, dass er wenigstens zwei schalenförmige Bauelemente einschliesst, die je ein Längssegment eines Rohres bilden, und dass die Längssegmente Mittel für den Zusammenbau zu einem aussen glatten, dichten, zug- und druckkraftschlüssigen Rohr aufweisen.

[0008] Die Aufgabe wird ausserdem gelöst von einem Verfahren zum Herstellen, Vortreiben und hernach Abbrechen eines Druckrohrstranges zum kontinuierlichen Schmelzbohren für Tiefbohrungen, bei dem die Versorgungs-, Mess- und Steuerleitungen über die zu bohrende Tiefe endlos zugeführt werden und bei dem während des Bohrvortriebes um die Versorgungs-, Mess- und Steuerleitungen herum aus mehreren Bauelementen ein druck-und zugfester, dichter Druckrohrstrang abschnittsweise zusammengebaut wird, der sodann kontinuierlich vorgetrieben wird. Schliesslich wird die Aufgabe gelöst von einer Vorrichtung zur Ausübung des obigen Verfahrens, die sich dadurch auszeichnet, dass die Versorgungs-, Mess-, und Steuerleitungen auf je einem Versorgungskarussell aufgewickelt sind, welches eine kreisförmige, drehbar gelagerte und motorisch antreibbare Plattform zur Aufnahme der Wicklungen aufweist, und dass ein mehrstöckiger Installationsturm vorhanden ist, in dem auf dessen Stockwerke verteilt Mittel zum abschnittsweisen Zusammenbau, zum kontinuierlichen Vortrieb und hernach zum Abbrechen des Druckrohrstranges angeordnet sind.

[0009] Besonders vorteilhafte Ausführungen des Druckrohrstranges sowie besonders vorteilhafte Verfahrensvarianten und Vorrichtungen zur Ausübung der Verfahren gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Die Beschreibung der Erfindung bezieht sich teilweise auf Zeichnungen, die beispielsweise Ausführungen der Erfindung darstellen.

[0010] Es zeigt:

Figur 1

die drei Haupt-Bauteile des Druckrohrstrang-Abschnittes beim Zusammenbau;

Figur 2

den zusammengebauten Druckrohrstrang von oben gesehen;

Figur 3

die Schnittstelle von zwei Druckrohrstrang-Abschnitten;

Figur 4

einen Schnitt durch einen Installationsturm für das Zusammenbauen, das Vortreiben und hernach Abbrechen des Druckrohrstranges;

Figur 5

ein Versorgungskarussell in perspektivischer Ansicht mit einem Segmentschnitt.

[0011] Erfindungsgemäss werden die Leitungen für die Versorgung des Bohrkopfes mit Wasserstoff, Sauerstoff und Kühlwasser sowie auch für die Steuerung und Messung endlos ausgeführt, das heisst es werden Leitungen verwendet, die über die ganze zu bohrende Tiefe von bis zu etwa 15 km nahtlos hergestellt werden. Diese Rohre müssen in der Regel vor Ort gezogen werden, da ein Transport ausgeschlossen ist. Bei den Wasserstoff- und Sauerstoffleitungen handelt es sich um Endlos-Rohre aus geeigneten zug- und biegefesten Stahllegierungen. Diese Leitungen müssen einen Druck von ca. 2'000 bar aushalten und weisen einen Aussendurchmesser von der Grässenordnung 20 mm auf. Die Kühlwasserleitungen sind etwas grösser und weisen einen Aussendurchmesser von ca. 50 mm auf. Damit die Leitungen die hohen Drucke aushalten, betragen ihre Wandstärken bei diesen Aussendurchmessern etwa 1/4 bis 1/3 des Aussendurchmessers. Solche Leitungen lassen sich problemlos elastisch um einen Radius von etwa 20 Metern biegen. Sogar Rohre mit noch wesentlich grösserem Aussendurchmesser liessen sich um einen solchen Radius elastisch biegen. Die Erfindung schafft nun einen Druckrohrstrang, der es erlaubt, solche endlosen Rohre kontinuierlich in das Bohrloch einzuführen. Der Druckrohrstrang nimmt hierfür das kontinuierliche Leitungssystem auf und schützt es. Ausserdem überträgt er den erforderlichen Andruck auf das Schmelzbohrgerät oder nimmt die Zugkräfte auf, die nötig sind, um den Druckrohrstrang nach Erreichen des Bohrziels wieder aus dem Bohrloch herausziehen zu können.

[0012] In der Figur 1 ist ein Druckrohrstrang beim Zusammenbau dargestellt. Er besteht aus drei Bauteilen, nämlich aus einem Innenprofil 1 mit einem zentralen Rohr 2, welches an seiner Aussenseite Profile 3 aufweist, die dem ganzen Innenprofil 1 einen kreuzförmigen Querschnitt geben, und weiter aus zwei kongruenten, schalenförmigen Bauelementen 4, welche je ein Längssegment eines Rohres bilden. An den Innenseiten dieser Längs segmente 4 sind in radialer Richtung vorstehende Nasen 5,6,7 vorhanden. Die Geometrie der drei Bauelemente 1,4 ist so gewählt, dass die Nasen an den Längssegmenten 4 auf die Aussenflächen der Profile 3 passen. Die Bauelemente 1,4 weisen Fügeflächen auf, die in der Figur 1 schraffiert eingezeichnet sind und beim Zusammenbau exakt aufeinander passen. Vor dem Zusammenbau der Längssegmente 4 wird das Innenprofil 1 auf das Schmelzbohrgerät oder auf das vorangehende Rohrelement des Druckrohrstranges montiert. Die ununterbrochenen Leitungen 10,11 werden in den Freiräumen 8 des Innenprofils 1 mittels spezieller Isolierhalterungen 9 befestigt, die dann durch Reibungshaftung die Leitungen 10,11 tragen. Anschliessend werden die beiden Längs segmente 4 um das Innenprofil 1 und die Leitungen 10,11 zusammengebaut. Die Montage erfolgt vorteilhaft mittels temperaturfester Industriekleber mit hoher Scher- und Zugfestigkeit, die auf die Fügeflächen aufgebracht und durch Erhitzen ausgehärtet werden. Mit jedem Zusammenbau von drei solchen Elementen 1,4 wird der Druckrohrstrang jeweils um einen weiteren Rohrabschnitt verlängert.

[0013] Figur 2 zeigt einen zusammengebauten Druckrohrabschnitt von oben. Der Querschnitt zeigt eine rosettenförmige Geometrie, welche im Innern vier Freiräume 12-15 aufweist und dem Druckrohrstrang optimale Stabilität bei geringstem Gewicht verleiht. In den Freiräumen 12-15 des Druckrohrstranges sind die endlosen Leitungen für Wasserstoff 10, Sauerstoff 11 und Kühlwasser 16 sowie für vorzunehmende Messungen 17 und für die Steuerung 18 des Bohrkopfes mittels der Isolierhalterungen 9 befestigt.

[0014] Figur 3 zeigt eine Schnittstelle zwischen zwei Druckrohrstrang-Abschnitten 30, 31. Jeder dieser Abschnitte erstreckt sich um etwa 20 Meter. Die Druckrohr-Längssegmente weisen an ihrem Ende je einen Rand 32,33 auf, durch den ein Flansch gebildet wird. Hinter jedem dieser Ränder oder Flansche 32,33 ist ein zweiteiliger Stabilisierungsring 34,35 montiert. Seine beiden Teile können miteinander und auch mit dem Druckrohr verklebt sein und zusätzlich verschraubt sein. Die Stabilisierungsringe 34,35 verstärken das Druckrohr und vergrössern die Klebefläche im Druckrohransatz. Ueber diese Stabilisierungsringe 34,35 sind von der Rohrseite her ebenfalls zweiteilige Sicherungsmanschetten 36,37 gestülpt und mit den Stabilisierungsringen 34,35 verklebt. Sie können ausserdem in axialer Richtung miteinander verschraubt sind. Diese Manschetten 36,37 ziehen die beiden Druckrohr-Abschnitte 30,31 zusammen und sichern sie zusätzlich zur Verklebung. Mittels dieser Verbindung von mehreren Druckrohrabschnitten kann ein langer Druckrohrstrang erhebliche Zugkräfte aufnehmen, sodass er nach erfolgter Bohrung aus dem Bohrloch hochgezogen werden kann, indem die Sicherungsmanschetten vom Mitnehmer einer hydraulischen Druckanlage umfasst werden. Ausserdem übernehmen die Sicherungsmanschetten neben einer zusätzlichen Stabilisierung eine Gleitschutzfunktion gegenüber der Bohrlochwandung und schützen die Druckrohreinheiten vor Beschädigungen. Die Demontage des Druckrohrstrangs nach Erreichen des Bohrziels mit Rückführung erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, indem die geklebten Fügeflächen über den Temperaturbeständigkeitsgrad des Industrieklebers hinaus erhitzt werden und somit die einzelnen Bauelemente des Druckrohres demontierbar werden.

[0015] Die Druckrohr-Bauteile werden in einem Installationsturm über dem Bohrloch in übereinanderliegenden Montagehallen zu einem zug- und druckstabilen, dichten Druckrohrstrang zusammengebaut, der dann zur Führung der ununterbrochenen Versorgungs-, Mess- und Steuerzuleitungen und zur Druckübertragung auf das Schmelzbohrgerät dient. Ein solcher Installationsturm 40 ist in einem Teilschnitt in Figur 4 dargestellt. Er weist vier Stockwerke 41-44 auf. Die endlosen Leitungen 10,11,16 für Wasserstoff, Sauerstoff und Kühlwasser werden von später beschriebenen Versorungskarussells abgewickelt, sodann um eine Biegevorrichtung 55 aus Walzen in senkrechter Richtung nach oben auf den Installationsturm 40 geführt und dort über ein angetriebenes Umlenkrad 45 senkrecht von oben in den Installationsturm 40 gefördert. Das Umlenkrad 45 ist an seiner Umfangsfläche mit Gummirillen versehen, in denen die einzelnen Versorgungsleitungen 10,11,16 durch Haftreibung gehalten sind. Die Mess- und Steuerleitungen sind hier nicht eingezeichnet. Sie können zum Beispiel aus Fernmelde- oder Glasfaserkabel bestehen und von einer viel kleineren Rolle abgewickelt werden, die direkt auf dem Dach des Installationsturmes 40 angeordnet sein kann, ohne dass diese Kabel über das Umlenkrad 45 zu laufen brauchen. Im Installationsturm 40 laufen die Arbeitsvorgänge des Zusammenbaus des Druckrohrstranges 48 mittels prozessorgesteuerter Montageautomaten 50,51 bei kontiniuerlichem Bohrfortschritt ab, indem diese dem sich stetig abwärts bewegenden Druckrohrstrang 48 nachgeführt werden. Im obersten Stockwerk 44 wird das Innenprofil 1 des Druckrohrstranges 48 montiert. Solche Innenprofile 1 sind in diesem Stockwerk in hinreichender Anzahl gelagert und werden von einer nicht dargestellten Förderanlage den Montageautomaten 50 zugeführt. Die Montageautomaten 50 ergreifen das Innenprofil 1, zum Beispiel mittels Elektromagnet-Schuhen 38 oder Greifern, und setzen es auf jenes des zuvor montierten Druckrohrabschnittes auf. Danach montieren sie die Isolierhalterungen 9, um die endlosen Versorgungsleitungen 10,11 und 16 sowie die nicht dargestellten Kabel für die Messungen und die Steuerung des Bohrkopfes fest an das Innenprofil 1 anzubauen. Sobald alle Leitungen und Kabel am Innenporfil 1 montiert sind, ergreifen die Automaten 50 je ein schalenförmiges Rohrsegment 4, welches ebenfalls von einem entsprechenden Lager zugeführt wird, und fügen diese beiden Rohrsegmente 4 passgenau zusammen und verpressen sie. Während das so zusammengebaute Rohr vom vierten Stockwerk 44 zum dritten Stockwerk 43 hinabfährt, erfolgt die Temperaturhärtung des Klebers mittels Aufheizung der Fügeleisten durch Heizmittel, die entweder in den Druckrohrsegmenten selbst eingebaut sein können oder extern angeordnet sind. Hierzu kann zusätzlich eine nicht dargestellte Hydraulikformpresse dienen, welche unter Mitgehen mit dem Bohrfortschritt die Elemente heiss verpresst. Im dritten Stockwerk 43 werden von weiteren Montageautomaten 51 zuerst im Flanschbereich der Schnittstellen des Druckrohrstranges die zweiteiligen Stabilisierungsringe 34,35 montiert, wie diese schon beschrieben wurden. Danach erfolgt die Montage der Sicherungsmanschetten 36,37. Auch hier führen die Automaten 51, welche zum Beispiel mit Elektromagnetschuhen 39 bestückt sind, prozessorgesteuert die zu montierenden Elemente gemäss dem Bohrfortschritt des Druckrohrstranges 48 demselben nach und pressen diese während der für die Aushärtung des Klebers erforderlichen Zeit an die Druckrohraussenwand. In den Stockwerken 42 und 41 ist die hydraulische Druck- und Hebevorrichtung angeordnet, die aus zwei mehrzylindrischen Hydraulikanlagen 46,47 besteht, welche die für den Schmelzbohrprozess erforderlichen hohen Drucke über den Druckrohrstrang 48 auf das Schmelzbohrgerät übertragen können, beziehungsweise das je nach Bohrlochtiefe und Bohrlochdurchmesser mehr oder weniger grosse Gewicht des Druckrohrstranges 48 zu heben vermögen. Jede Hydraulikanlage schliesst Greifer 49 ein, mittels derer der Druckrohrstrang 48 für das Hinunterpressen oberhalb einer Sicherungsmanschette 36,37 umfasst werden kann. Für das Heben des Druckrohrstranges 48 umfassen die Greifer 49 den Druckrohrstrang 48 jeweils unterhalb einer Sicherungsmanschette 36,37. Die Greifer 49 sind mittels hydraulischer Kolben-Zylinder-Einheiten 52 betätigbar. Die Kraft für das Hinuterdrücken und Hochziehen des Druckrohrstranges 48 wird mittels mehreren mehrzylindrischen hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten 53 erzeugt. Im Falle eines Zylinderausfalls vermögen die verbleibenden Zylinder den Bohrvorgang aufrechtzuerhalten. Die Kolben wirken auf einen durchgehenden Druckbalken 54, welcher sich über den jeweiligen Hubweg auf die Greifer 49 absenkt. Die ganze Druck- und Hebevorrichtung ist doppelstöckig angelegt, damit abwechslungsweise je eine Druckanlage 46,47 aktiv sein kann. In der Figur 4 ist im Augenblick gerade die Druckanlage 47 daran, den Druckrohrstrang 48 mit ihrem geschlossenen Greifer 49 abwärts zu stossen, während die andere 46 mit ihrem geöffneten Greifer 49 wieder nach oben fährt, um dann für den nächsten Schubtakt bereit zu sein.

[0016] Für Druckrohrstränge mit grossem Druchmesser dient als zusätzliche Verstärkung das Verfahren der Vakuumstabilisierung, wobei jeweils nach Montage eines neuen Druckrohrelementes der obere öffnungsraum über eine Dichtung luftdicht und druckfest verschlossen und der Innenraum über Ventile in der Seitenwandung evakuiert wird.

[0017] Das durch die Leitung 16 gepumpte Kühlwasser wird dunter hohem Druck durch die zu kühlenden Teile des Bohrkopfes geführt, sodass es stets in flüssiger Phase bleibt und so eine maximale Wärmemenge aufnehmen und abführen kann. Die Kühlwasseraustrittsventile öffnen, nachdem der zu kühlende Bereich durchlaufen und die optimale wärmeaufnahme erreicht ist, auf der Oberseite des Bohrkopfes, am Ende dessen Kühlzone, direkt in den Bohrlochfreiraum, das heisst zwischen Bohrlochwand und Druckrohrstrang. Der Kühlwasserdruck muss deutlich oberhalb des Drucks der sich im Bohrlch aufbauenden Wassersäule aus dem freiwerdenden Kühlwasser liegen, sodass die freiwerdende Energie des überhitzten Kühlwassers noch für motorische Kräfte genutzt werden kann. Im unteren Bereich des Druckrohrstranges, oberhalb des Schmelzbohrgerätes und zwischen Bohrlochwandung und dem Druckrohr sind zur Steuerung und Kurskorrektur des Schmelzbohrgerätes dampfdruckbetriebene, selbstschreitende Seitendruckgeber eingebaut, die über ein Gravitationspendel laser- und glasfasergesteuert sind. Die Dampfdruckversorgung erfolgt über Dampfaggregate, die im Schmelzbohrgerät angeordnet sind.

[0018] Für die Rückführung eines übergewichtigen Druckrohrstranges 48 zu dessem Abbruch, das heisst, wenn das Eigengewicht des Druckrohrstranges 48 grösser wird als die Zugkräfte des Druckrohrmaterials, wird nach Erreichen des Bohrziels der im Bohrloch verbliebene Freiraum zwischen Druckrohrstrang 48 und Bohrloch gänzlich geflutet und der Druckrohrstrang unmittelbar über dem Schmelzbohrgerät so abgesprengt, das sich das untere Ende des Druckrohrstranges verschliesst und sich damit das Gewicht des zu hebenden Druckrohrstranges um den Eigenauftrieb, das heisst um das Gewicht des von Druckrohrstrang verdrängten Wassers, vermindert.

[0019] Figur 5 zeigt ein Versorgungskarussell 60, von dem die Versorgungsleitungen nach dem "Tube-Coil-System" abgewickelt werden können, das heisst, die Versorgungsleitungen sind dabei in gesamter Länge ohne bruchgefährdete Verbindungsstellen auf je einem solchen abspulbaren Versorgungskarussell deponiert, das gleichzeitig die benötigten Druck-, Kälte- oder Energieaggregate, sowie Speicherbehälter 61 beherbergt. Ein solches Versorgungskarussell 60 besteht aus einer starren, kreisrunden Plattform 62, die im Aussen- und Mittelbereich auf je einem kreisförmig angelegten Schienenstrang 63 läuft und zum Beispiel mittels eines Zahnrad-Antriebes über mehrere synchronlaufende Elektromotoren exakt steuerbar angetrieben wird. Auf dem inneren Bereich der kreisrunden Plattform 62 des Karussells sind sämtliche benötigten Aggregate wie zum Beispiel die Steuerzentrale, die Druckerzeuger sowie die Speicherbehälter 61 für das Versorgungkarussell 60 untergebracht. Das Versorgungskarussell 60 ist von einer Versorgungsstrasse 64 für Tankfahrzeuge 65 umgeben, sodass ein Betanken seiner Speicherbehälter 61 möglich ist, währenddem sich das Karussell 60 dreht. Das innere Leitungsende ist über eine Pumpstation am Speicherbehälter 61 angeschlossen, sodass die Leitung 10 kontinuierlich und auf einem konstanten Druck mit dem flüssigen Sauerstoff, Wasserstoff oder dem Kühlwasser versorgt wird. Im Aussenbereich der Plattform 62 ist wie in einem riesigen, nach aussen offenen Hochregal die Versorgungsleitung 10 in einem Depot in mehreren Lagen von mehrhundertfachen Wicklungen aufgerollt. Die einzelnen Lagen werden am äusseren Rand der Plattform 62 des Karussells 60 von hydraulisch regelbaren Lagenhaltern 66 gesichert, die jeweils nur die oberste Lage für die Abwicklung freigeben. Diese Lagenhalter 66 isolieren die Lagenwicklungen gegen aussen und werden bei der Abwicklung mittels hydraulischer Zylinder-Kolben-Einheiten 67 Lage um Lage eingefahren, sodass die Herausführung der "endlosen" Versorgungsleitung sauber und geordnet erfolgt. Die Wicklungen der Leitung 10 sind von einer gut isolierenden, dichten Abdeckung 69 überdeckt, die auch sicherstellt, dass keine Wasser zwischen die Wicklungen eindringt. Von dem entsprechend des Bohrfortschritts laufenden Versorgungskarussell 10 wird die abgewickelte ununterbrochene Leitung 10 über eine hydraulisch ausrichtbare Fördereinrichtung 68 mit Walzen in grossem Bogen zur Biegevorrichtung 55 am Installationsturm geführt. Die minimalen Biegeradien so zu wählen, dass sie innerhalb der Elastizitätsgrenzen der verwendeten Rohre bleiben, womit eine Knickbeschädigung der Zuleitungen vermieden wird. Für jede Versorgungsleitung ist ein gesondertes Karussell vorhanden, damit bei unterschiedlichen Leitungsdurchmessern keine Koordinationsprobleme infolge der unterschiedlichen Abwickelgeschwindigkeiten auftreten. Die Abwicklung von den einzelnen Karussells wird durch die mittels Regler gesteuerten Antriebsmotoren der Karussells synchronisiert, sodass alle Leitungen des gesamten Versorgungsstranges immer in gleichbleibender Geschwindigkeit gefördert werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen und Vortreiben eines Druckrohrstranges (48) zum kontinuierlichen Schmelzbohren für Tiefbohrungen, bei dem die Versorgungs- (10,11,16), Mess- (17) und Steuerleitungen (18) über die zu bohrende Tiefe endlos zugeführt werden und bei dem während des Bohrvortriebes um die Versorgungs- (10,11,16), Mess-(17) und Steuerleitungen (18) aus mehreren Bauelementen (1,4) ein druck- und zugfester, dichter Druckrohrstrang (48) abschnittweise zusammengebaut wird, der sodann kontinuierlich vorgetrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadruch gekennzeichnet, dass die Versorgungs- (10,11,16), Mess- (17), und Steuerleitungen (18) durch Abwickeln von einem Versorgungskarussell (60) zugeführt werden, auf dem die vorgenannten Leitungen (10,11,16) in der gesamten zu verwendenden Länge endlos aufgewickelt sind.

3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem der Druckrohrstrang (48) mittels Verkleben mit temperaturhärtenden Industrieklebern zusammengebaut wird.

4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem das Innere des Druckrohrstranges (48) zur Erhöhung dessen Stabilität abschnittweise oben dichtend abgeschlossen und hernach evakuiert wird.

5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem der Zusammenbau des Druckrohrstranges (48) um die Versorgungs- (10,11,16), Mess- (17), und Steuerleitungen (18) mittels prozessorgesteuerter Robot-Automaten (50,51) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vortrieb des Druckstranges (48) in bezug auf dessen Richtung gesteuert wird, indem im unteren Bereich des Druckrohrstranges (48) oberhalb des Schmelzbohrgerätes zwischen Bohrlochwand und Druckrohr dampfdruckbetriebene selbstschreitende Seitendruckgeber von Signalen eines Gravitationspendels angesteuert werden.

7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochziehen des Druckrohrstranges (48) zu dessem Abbruch erfolgt, indem der im Bohrloch verbliebene Freiraum zwischen Druckrohrstrang (48) und Bohrloch gänzlich geflutet und der Druckrohrstrang (48) unmittelbar über dem Schmelzbohrgerät so abgesprengt wird, das sich das untere Ende des Druckrohr- stranges (48) verschliesst und sich damit das Gewicht des zu hebenden Druckrohrstranges (48) um den Eigenauftrieb, das heisst um das Gewicht des von Druckrohrstrang (48) verdrängten Wassers, vermindert.

8. Vorrichtung zur Ausübung eines der Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Versorgungskarussell (60) vorhanden sind, auf das die Versorgungs- (10,11,16), Mess- (17) und Steuerleitungen (18) aufwickelbar sind und welches eine drehbar gelagerte und motorisch antreibbare Plattform (62) zur Aufnahme der Wicklungen aufweist, und dass ein mehrstöckiger Installationsturm (40) vorhanden ist, in dem auf dessen Stockwerke (41-44) verteilt Mittel (50,51;46,47) zum abschnittweisen Zusammenbau und zum kontinuierlichen Vortrieb des Druckrohrstranges (48) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Installationsturm (40) eine hydraulische Druckund Hebevorrichtung (46,47) vorhanden ist, mittels der in zwei Takten abwechslungsweise der Druckrohrstrang (48) kontinuierlich vortreibbar ist.

10. Druckrohrstrang zum kontinuierlichen Schmelzbohren für Tiefbohrungen, in dessem Inneren (12-15) die Versorgungs- (10,11,16), Mess- (17) und Steuerleitungen (18) für das Bohrgerät gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens zwei schalenförmige Bauelemente (4) einschliesst, die je ein Längssegment eines Rohres bilden, und dass diese Bauelemente Mittel (3,5-7) für den Zusammenbau zu einem aussen glatten, dichten, zug- und druckkraftschlüssigen Rohr aufweisen, sowie dass als weiteres Bauelement zur Erhöhung der Stabilität des Druckrohrstranges (48) wenigstens ein Profil (1) vorhanden ist, das dazu bestimmt ist, im Innern längs des Druckrohrstranges (48) zu verlaufen und das kraftschlüssig mit den anderen Bauelementen (4) verbindbar ist.

11. Druckrohrstrang nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel für den Zusammenbau seiner Bauelemente (1,4) zu einem aussen glatten, dichten, zug- und druckkraftschlüssigen Rohr Fügeflächen einschliessen, die mittels temperaturhärtbaren zug- und scherkraftfesten Industrieklebern zusammenklebbar sind.

12. Druckrohrstrang nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite des Druckrohrstranges Isolierhalterungen (9) vorhanden sind, die dazu bestimmt sind, die ununterbrochenen Leitungen (10,11,16,17,18) in den inneren Freiräumen (12-15) des Druckrohrstranges (48) mittels Reibungshaftung zu tragen.

13. Druckrohrstrang nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (1,4) von zwei Abschnitten endseitig je mittels eines Stabiliserungsrings (34,35) und einer Sicherungsmanschette (36,37) verklebt und/oder verschraubt sind.

Claims

1. A process for assembling and propelling a high-pressure pipe string (48) for continuous fusion drilling for deep wells, in which the supply lines (10, 11, 16), measurement instrumentation wiring (17) and control wiring (18) are fed down continuously over the depth to be drilled, and in which, whilst the drill is being propelled, a pressure and tension resistant, tight, high-pressure pipe string (48) comprising a plurality of elements (1, 4) is assembled section by section around the supply lines (10, 11, 16), the measurement instrumentation wiring (17) and the control wiring (18), which is then propelled continuously forwards.

2. The process of claim 1, characterized in that the supply lines (10, 11, 16), measurement instrumentation wiring (17) and control wiring (18) are fed in by means of unwinding from respective supply carrousels (60) on which the said lines (10, 11, 16) are wound continuously in the full length required.

3. The process of one of the preceding claims, in which the high-pressure pipe string (48) is assembled by means of bonding with hot-curing industrial adhesives.

4. The process of one of the preceding claims, in which the inside of the high-pressure pipe string (48) is sealed tight at the top section by section, and subsequently evacuated, to increase its stability.

5. The process of one of the preceding claims, in which the high-pressure pipe string (48) is assembled around the supply lines (10, 11, 16), measurement instrumentation wiring (17) and control wiring (18) by means of computer-controlled assembly robots (50, 51).

6. The process of one of the preceding claims, characterized in that the propulsion of the high-pressure pipe string (48) is controlled in relation to its direction in that, in the lower portion of the high-pressure pipe string (48), above the fusion drilling device, between the wall of the boring and the high-pressure pipe, steam-powered lateral course-correction actuators respond to signals emitted by a gravity pendulum.

7. The process of one of the preceding claims, characterized in that the retrieval of the high-pressure pipe string (48) causes it to be severed as a result of the space remaining in the boring between the high-pressure pipe (48) and the boring is completely flooded, and the high-pressure pipe string (48) is thus severed directly above the fusion drilling device in such a way as to seal the lower end of the high-pressure pipe string (48), thereby reducing the weight of the high-pressure pipe (48) to be lifted by its own buoyancy, i.e. by the weight of the water displaced by the high-pressure pipe (48).

8. Device for carrying out one of the processes of claims 1 to 6, characterized in that there are supply carrousels (60), on which the supply lines (10, 11, 16), measurement instrumentation wiring (17) and control wiring (18) can be wound, and which have a rotatably mounted and motor-drivable platform (62) for receiving the windings, and in that there is a multi-level assembly tower (40) in which are disposed, distributed over its levels (41-44), means (50, 51; 46, 47) for assembling the high-pressure pipe string (48) section by section, and for propelling it continually forwards.

9. Device according to claim 8, characterized in that there is a hydraulic jack system (46, 47) in the assembly tower (40), by means of which the high-pressure pipe string (48) can be propelled continually forwards in two cycles alternately.

10. High-pressure pipe string for continuous fusion drilling for deep wells, whose inside (12-15) houses the supply lines (10, 11, 16), measurement instrumentation wiring (17) and control wiring (18) for the drilling system, characterized in that it comprises at least two shell-shaped elements (4) which together form a longitudinal segment of a pipe, and in that these elements have means (3, 5-7) for assembling them into a friction-type locking pipe which is smooth on the outside, tight, held in place by tensile and compressive forces, and in that there is at least one profile (1) as a further element to increase the stability of the high-pressure pipe string (48), which is intended to run along the inside of the high-pressure pipe string (48) and which can be connected in a friction-type locking with the other elements (4).

11. High-pressure pipe string according to claim 10, characterized in that the means for assembling its elements (1, 4) into an outwardly smooth, tight, pipe held in place by tensile and compressive forces include bonding surfaces which can be bonded by means of hot-curing, industrial adhesives with high shear and tensile strengths.

12. High-pressure pipe according to one of claims 10 to 11, characterized in that on the inside of the high-pressure pipe there are isolating mounts (9), intended to support, by frictional forces, the continuous lines (10, 11, 16, 17, 18) in the inner spaces (12-15) of the high-pressure pipe string (48).

13. High-pressure pipe according to one of claims 10 to 12, characterized in that the elements (1, 4) of two sections are bonded and/or screwed together from the end sides by means of a stabilizing ring (34, 35) and a fastening sleeve (36, 37).

Revendications

1. Procédé pour la réalisation et l'avancement d'une ligne de tubes sous pression (48) destinée au forage thermique continu de trous profonds, dans lequel les conduites d'alimentation (10, 11, 16), de mesure (17) et de commande (18) sont amenées de manière continue au-dessus de la profondeur à forer et dans lequel, pendant l'avancement du forage, il est assemblé tronçon par tronçon, au moyen de plusieurs éléments constitutifs (1, 4) et autour des conduites d'alimentation (10, 11, 16), de mesure (17) et de commande (18), une ligne de tubes sous pression étanche ainsi que résistant à la pression et à la traction, cette ligne de tubes étant ensuite avancée continuellement.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les conduites d'alimentation (10, 11, 16), de mesure (17) et de commande (18) sont amenées chacune par le déroulement d'un carrousel d'alimentation (60), sur lequel les conduites indiquées (10, 11, 16) sont enroulées sans fin dans toute la longueur à utiliser.

3. Procédé suivant une des revendications précédentes, dans lequel la ligne de tubes sous pression (48) est assemblée par collage avec des colles industrielles durcissant à certaines températures.

4. Procédé suivant une des revendications précédentes, dans lequel l'intérieur de la ligne de tubes sous pression (48), pour que sa stabilité soit augmentée, est fermé jointivement dans le haut, tronçon par tronçon, puis évacué.

5. Procédé suivant une des revendications précédentes, dans lequel l'assemblage de la ligne de tubes sous pression (48) autour des conduites d'alimentation (10, 11, 16), de mesure (17) et de commande (18) est réalisé au moyen d'automates programmables à robots (50, 51), commandés par processeurs.

6. Procédé suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'avancement de la ligne de tubes sous pression (48) est commandé en fonction de sa direction, en ce que, dans la zone inférieure de la ligne de tubes sous pression (48) et au-dessus de l'appareil de forage thermique, entre la paroi du trou de forage et le tube sous pression, des capteurs de pressions latérales à progression autonome et mus par la pression de la vapeur sont pilotés par des signaux d'un pendule à gravitation.

7. Procédé suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la traction de la ligne de tubes sous pression (48) vers le haut se réalise pour sa rupture, en ce que l'espace libre resté dans le trou de forage entre la ligne de tubes sous pression (48) et le trou de forage est complètement inondé et que la ligne de tubes (48) éclate immédiatement au-dessus de l'appareil de forage thermique, de sorte que l'extrémité inférieure de la ligne de tubes (48) s'use et qu'ainsi le poids de cette ligne de tubes sous pression (48) à lever diminue de la force ascensionnelle propre, c'est-à-dire du poids de l'eau déplacée par la ligne de tubes sous pression (48).

8. Dispositif pour la réalisation d'un des procédés suivant les revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il existe des carrousels d'alimentation (60), sur lesquels peuvent s'enrouler les conduites d'alimentation (10, 11, 16), de mesure (17) et de commande (18) et qui présentent une plate-forme rotative et motorisée (62) recevant les enroulements, cependant qu'il existe une tour d'installation (40) à plusieurs étages, sur lesquels (41 à 44) sont répartis des moyens (50, 51; 46, 47) destinés à l'assemblage tronçon par tronçon et à l'avancement continu de la ligne de tubes sous pression (48).

9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il existe dans la tour d'installation (40) un dispositif hydraulique de pression et de levage (46, 47), au moyen duquel la ligne de tubes (48) peut avancer en deux temps alternativement de manière continue.

10. Ligne de tubes sous pression (48) destinée au forage thermique continu de trous profonds, à l'intérieur (12 à 15) de laquelle sont logées les conduites d'alimentation (10, 11, 16), de mesure (17) et de commande (18) pour l'appareil de forage, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux éléments constitutifs (4) en forme de coque, qui forment chacun un secteur longitudinal d'un tube et que ces éléments constitutifs présentent des moyens (3, 5 à 7) pour leur assemblage en un tube extérieurement lisse, étanche et solidaire sous la traction et sous la pression, cependant qu'un autre élément constitutif, destiné à élever la stabilité de la ligne de tubes sous pression (48), est constitué par au moins un profilé (1), s'étendant à l'intérieur, le long de la ligne de tubes (48) et peut être uni solidairement aux autres éléments constitutifs (4).

11. Ligne de tubes sous pression suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens pour l'assemblage de ses éléments constitutifs (1, 4) en un tube extérieurement lisse, étanche et solidaire sous la traction et sous la pression comprennent des surfaces de joints pouvant être collées ensemble au moyen de colles industrielles durcissables à certaines températures et résistant bien à la traction ainsi qu'au cisaillement.

12. Ligne de tubes sous pression suivant une des revendications 10 à 11, caractérisée en ce que la surface intérieure de la ligne de tubes se trouvent des fixations isolantes (9), destinées à porter les conduites ininterrompues (10, 11, 16, 17, 18) dans les surfaces libres intérieures (12 à 15) de la ligne de tubes (48) au moyen d'une adhérence à friction.

13. Ligne de tubes sous pression suivant une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que les parties constitutives (1, 4) de deux tronçons sont chacune collées et/ou vissées à leurs extrémités au moyen d'une bague de stabilisation (34, 35) et d'une manchon de blocage (36, 37).

Zeichnung