VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR VERLEGUNG EINER ROHRLEITUNG IN EINEM BOHRLOCH

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verlegung einer Rohrleitung in einem Bohrloch und ein entsprechendes Verfahren.

[0002] In der Vergangenheit wurden zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen entwickelt, um Rohrleitungen in Bohrlöchern im Boden zu verlegen und somit sensible Bereiche an der Geländeoberfläche zu unterqueren, für die eine Verlegung im offenen Rohrgraben aus beispielsweise technischen, ökologischen, rechtlichen und/oder wirtschaftlichen Gründen nicht möglich oder erwünscht ist. Eine solche grabenlose Verlegung kann insbesondere dort sinnvoll sein, wo die Oberfläche im Verlegungsbereich mit schweren Baumaschinen nicht befahren werden kann (z.B. Moore, Gewässer) oder wo aus ökologischer Sicht keine Baugenehmigung erteilt werden kann (z.B. in Naturschutzgebieten) oder wo der Einsatz konventioneller Verlegetechniken zu teuer wäre (z.B. bei der Querung von Gewässern oder Eisenbahnlinien).

[0003] WO 2012/095472 betrifft ein System und ein Verfahren zum radialen Aufweiten eines rohrförmigen Elements. Das Verfahren umfasst die Schritte des Biegens des rohrförmigen Elements radial nach außen und in axial umgekehrter Richtung, um einen aufgeweiteten rohrförmigen Abschnitt zu bilden, der sich um einen nicht expandierten Rohrabschnitt erstreckt, wobei das Biegen in einer Biegezone auftritt; Vergrößern der Länge des aufgeweiteten rohrförmigen Abschnitt, indem der nicht expandierte Rohrabschnitt in axialer Richtung relativ zu dem aufgeweiteten rohrförmigen Abschnitt vorgetrieben wird; Betreiben eines Bohrstrangs, der sich durch den nicht aufgeweiteten rohrförmigen Abschnitt erstreckt und mit einem Bohrer an einem Bohrlochende vorgesehen ist, um ein Bohrloch zu bohren; und Betreiben einer Richtbohreinrichtung, die mit dem Bohrstrang verbunden ist, um das Bohrloch längs einer vorbestimmten Bahn zu steuern.

[0004] DE 20 2012 004 882 U1 offenbart eine Rohrführungseinrichtung zum Führen eines Rohres, das in einen Untergrund einzuführen ist, umfassend ein Hauptgestell zum Halten der Bestandteile der Rohrführungseinrichtung und wenigstens zwei Führungselemente zum Ineingriffnehmen und Führen eines Rohres, wobei die wenigstens zwei Führungselemente eine Durchführungsöffnung definieren, wobei die Durchführungsöffnung eine axiale Achse hat, die einer Axialrichtung des Rohres entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrführungseinrichtung ferner ein Hilfsgestell umfasst, wobei die wenigstens zwei Führungselemente an dem Hilfsgestell angebracht sind, wobei das Hilfsgestell an dem Hauptgestell angebracht ist und wobei das Hilfsgestell im Verhältnis zu dem Hauptgestell um eine axiale Achse drehbar ist.

[0005] Bei einem in DE 39 02 868 C1 beschriebenen Verfahren zum Erstellen eines am Umfang ausgesteiften, überwiegend horizontal ausgerichteten Bohrlochs in Bodenformationen wird das Bohrloch mittels eines Richtbohrwerkzeugs vorgetrieben und diesem ein Mantelrohr nachgeführt. Dabei wird das Mantelrohr gleichzeitig und gleichförmig mit dem Richtbohrwerkzeug vorgetrieben und das vordere Ende des Mantelrohrs durch den vorderen Teil des Richtbohrwerkzeugs ausgerichtet.

[0006] Unter den bekannten grabenlosen Rohrverlegetechniken, die aktuell eingesetzt werden, finden sich die Horizontalbohrtechnik (Horizontal Directional Drilling, HDD) und der gesteuerte Rohrvortrieb (Microtunneling, MT).

[0007] Beim HDD-Verfahren wird in drei Arbeitsschritten vorgegangen. Zunächst wird eine gesteuerte Pilotbohrung vom Startpunkt zum Zielpunkt einer Bohrung aufgefahren. Sodann wird diese Pilotbohrung quasi im "Rückwärtsgang" in einem oder mehreren Schritten auf einen so großen Durchmesser aufgeweitet, das die für die Verlegung vorgesehene Rohrleitung im letzten Arbeitsschritt dann in das aufgeweitete Bohrloch eingezogen werden kann. Das Einziehen erfolgt in der Regel ebenfalls "rückwärts" vom Ziel- zum Startpunkt. Verfahrensbedingt sind sowohl am Start- als auch Zielpunkt große Arbeitsflächen erforderlich.

[0008] Mit dem HDD-Verfahren können Rohrleitungen von ca. 50 mm bis ca. 1.400 mm Durchmesser und in Längen von ca. 50 m bis über 3.000 m verlegt werden.

[0009] Nachteile des HDD-Verfahrens liegen im Bedarf nach großen Arbeitsflächen sowohl am Start- als auch am Zielpunkt und im dem mit der Vielzahl von Arbeitsschritten verbundenen Zeitaufwand.

[0010] Demgegenüber ermöglicht das MT-Verfahren die einphasige Verlegung einer Rohrleitung, da gleichzeitig ein Bohrloch erstellt und die aus Einzelrohren sukzessive zusammengesetzte Rohrleitung darin verlegt wird.

[0011] Nachteilig beim MT-Verfahren ist jedoch die geringe Reichweite bei kleinen Rohrleitungsdurchmessern. Für den hier relevanten Durchmesserbereich von ca. 100 mm bis ca. 500 mm liegt die erreichbare Bohrungslänge beim MT-Verfahren nur bei ca. 50 m bis ca. 150 m. Dies liegt unter anderem daran, dass die Zuführung der Primärenergie nach den Regeln der Technik hydraulisch erfolgt. Da aber wegen der kleinen Durchmesser keine Hydraulikaggregate im Bohrkopf positioniert werden können, muss das unter Druck stehende Hydrauliköl von außerhalb über Schlauchleitungen zugeführt werden. Die dabei entstehenden Leistungsverluste sind immens und beschränken damit die erreichbaren Bohrungslängen.

[0012] Ein weiterer Nachteil beim MT-Verfahren ist darin zu sehen, dass durch die spezifische Art der Steuerung von MT-Bohrköpfen mindestens eine Dichtung je Steuergelenk erforderlich ist. Diese sind bauartbedingt aber lediglich für Druckbereiche bis ca. 3,5 bar ausgelegt. Höhere Druckfestigkeiten lassen sich nur unter großem Aufwand erreichen und stellen dann einen potentiellen Ansatzpunkt für Havarien dar. Diese Einschränkung kann besonders bei Anlandungsbohrungen bedeutsam werden, wo die Austrittspunkte 50 m und mehr unter dem Wasserspiegel liegen können.

[0013] Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, unter Beibehaltung einer kontrollierten und gesteuerten Verlegung die Nachteile der bekannten Ansätze zu vermeiden und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verlegen einer Rohrleitung in einem Bohrloch bereitzustellen, bei dem nicht sowohl am Start- als auch Zielpunkt große Arbeitsflächen erforderlich sind, bei dem die Zahl der Arbeitsschritte im Vergleich zum HDD-Verfahren reduziert ist und dessen Leistungsfähigkeit gegenüber dem MT-Verfahren im genannten Durchmesserbereich verbessert ist.

[0014] Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verlegung einer Rohrleitung in einem Bohrloch, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.

[0015] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verlegung einer Rohrleitung in einem Bohrloch, wie es in Anspruch 15 definiert ist.

[0016] Merkmale vorteilhafter Ausführungsformen sind insbesondere in den Unteransprüchen definiert. Die für jeweils einen Aspekt der Erfindung beschriebenen besonderen Ausführungsformen oder Ausführungsbeispiele sind ebenso als Ausführungsformen oder Ausführungsbeispiele für andere Aspekte der Erfindung anzusehen.

[0017] Es wird erwartet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für eine Verlegung von Rohrleitungen vorteilhaft eingesetzt werden kann, die einen Durchmesser von ca. 100 mm bis 500 mm aufweisen und über Längen von ca. 100 m bis zu ca. 2.000 m verfügen.

[0018] Im Folgenden werden einzelne Aspekte und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Überblick,

Fig. 1a

eine schematische Darstellung eines ersten Details des Ausführungsbeispiels von Fig. 1,

Fig. 1b

eine schematische Darstellung eines zweiten Details des Ausführungsbeispiels von Fig. 1,

Fig. 1c

eine schematische Darstellung eines dritten Details des Ausführungsbeispiels von Fig. 1,

Fig. 1d

eine schematische Darstellung eines vierten Details des Ausführungsbeispiels von Fig. 1,

Fig. 2a-2c

schematische Illustrationen von Aspekten eines Bohr- und Verlegevorgangs,

Fig. 3a-3c

schematische Illustrationen eines Bohr- und Verlegevorgangs eines weiteren Ausführungsbeispiels,

Fig. 4a

eine schematische Detaildarstellung der Bohrlagers eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 4b

eine schematische Detaildarstellung des Bohrlagers eines abgewandelten Ausführungsbeispiels, und

Fig. 5

ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0019] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Überblick.

[0020] Das dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst das Bohrlager 8 (siehe Fig. 1b), das teilweise im Inneren einer im Boden 10 zu verlegenden Rohrleitung 3 angeordnet und mit einem Bohrgestänge 6 gekoppelt und mit einem Steuerrohr 18 verbunden ist. Das Bohrgestänge 6 ist mit einem Vermessungsrohr 16 (siehe Fig. 1b) als Beispiel einer Lagebestimmungseinheit und einem abgewinkelten Bohrmotor 7 mit einem Bohrkopf 2 (siehe Fig. 1a) versehen und wird von einer Vorschubvorrichtung 5 mit einem Drehmotor 9 (siehe Fig. 1d) betrieben und vorgeschoben.

[0021] Fig. 1a zeigt eine schematische Darstellung des Details A des Ausführungsbeispiels von Fig.1.

[0022] Der Ortsbrust 19 des Bohrlochs 1 im Boden 10 liegt der Bohrkopf 2 gegenüber, der an dem abgewinkelten Bohrmotor 7 befestigt ist und von dem Bohrmotor 7 angetrieben wird. Der zur Längsachse des Bohrgestänges 7 parallele (nicht abgewinkelte) Teil des Bohrmotors 7 wird von einer Zentrierung 20 geführt, wobei der Bohrmotor 7 von dem Steuerrohr 18 in einer Weise umschlossen wird, dass sich zumindest der vorderste Teil des Bohrkopfs 2 aus dem Steuerrohr 18 erstreckt, wobei allerdings sichergestellt ist, dass der Bohrmotor 7 und der Bohrkopf 2 bei einer Rotation um die Längsachse des Bohrgestänges 6 nicht am Steuerrohr 18 anschlagen. Bevorzugt schließt das der Ortsbrust 19 zugewandten Ende des Steuerrohrs 18 direkt an den Bohrkopf 2 an.

[0023] Das Steuerrohr 18 entspricht im (insbesondere Außen-)Durchmesser der zu verlegenden Rohrleitung 3 (siehe Fig. 1b). Das Steuerrohr kann jedoch auch einen gegenüber der Rohrleitung in einer hier nicht dargestellten Abwandlung auch einen im Millimeter- oder Zentimeterbereich vergrößerten Außendurchmesser aufweisen.

[0024] Am vorderen Ende des Steuerrohrs 18 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Steuerring 24 angebracht. Der Steuerring kann allerdings auch weggelassen werden. Der Steuerring 24 weist, wie hier beispielhaft dargestellt, jeweils eine keilförmige Vorder- und Rückseite auf und unterstützt die angestrebten Richtungsänderungen. Die jeweils keilförmige Ausgestaltung von Vorder- und Rückseite kann vorzugsweise so ausgeführt sein, dass der Steuerring 24 einen Dreiecksquerschnitt aufweist, bei dem die Grundseite des Dreiecks am Steuerrohr 18 anliegt und die der Grundseite des Dreiecks gegenüberliegende Spitze sich in einem Bereich von 60 bis 90% der Länge der Grundseite (ausgehend von der der Ortsbrust 19 zugewandten Spitze des Dreiecks) befindet. Es ist allerdings auch möglich, dass der Steuerring einen Querschnitt aufweist, der lediglich auf der der Ortsbrust 19 zugewandten Seite keilförmig ausgestaltet ist (z.B. rechtwinkliges Dreieck), obgleich die keilförmige Ausgestaltung auf Vorder- und Rückseite insofern von Vorteil ist, als dass sowohl bei Vortrieb als auch bei einem Zurückziehen des Steuerrohrs 18 ein Verkeilen an einer Kante vermieden werden kann. Der maximale Durchmesser des Steuerings 24 ist vorteilhafterweise nicht größer als der Innendurchmesser eines Bohrlochs, dass sich bei geradem Vortrieb ergibt.

[0025] Die Pfeile 29 stellen die Austrittsrichtung der Bohrflüssigkeit 12 aus dem Bohrkopf dar, während die Pfeile 30 die Ablaufrichtung der mit Boden 10 und ggf. Bohrklein beladenen Bohrflüssigkeit 12 angeben.

[0026] In der Nähe der Zentrierung 20, die eine Abdichtung gegenüber Bohrflüssigkeit 12 mittels der Dichtung 25 erreicht, sind in der Wandung des Steuerrohrs 18 mehrere Durchlässe 17 vorgesehen, die es Bohrflüssigkeit 12 erlaubt, durch das Innere des Steuerrohrs 18 zu fließen und auf diesem Wege in das Steuerrohr 18 gelangten Boden oder Bohrklein mitzuführen, so dass es nicht zu einer Ansammlung von Material im Inneren des Steuerrohrs 18 kommt, die einen Betrieb des Bohrmotors 7 bzw. ein Drehen des Bohrmotors 7 über das Bohrgestänge behindern würde.

[0027] In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Steuerrohr 18 als flexibles Steuerrohr ausgestaltet. Insbesondere wird bevorzugt, dass das Steuerrohr Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE) aufweist oder daraus besteht. Entscheidend für das flexible Steuerrohr in diesem Ausführungsbeispiel ist, dass es biegeflexibel ist und die Abwinkelung des abgewinkelten Bohrmotors 7 annehmen kann. Alternativ zu einem gesamten flexiblen Steuerrohr 18 können in einem anderen Ausführungsbeispiel kurze, starre, mit Gelenken verbundene Stücke als Steuerrohr 18 verwendet werden. Mit einem flexiblen Steuerrohr 18 ist ein Richtungsbohren möglich, wie es mit Bezug auf Figuren 3a-3c beschrieben werden wird.

[0028] In diesem Ausfühungsbeispiel wird bevorzugt, dass das Steuerrohr 18 an dem Bohrkopf 2 in etwa anliegt. Bei einer Drehung des Bohrgestänges 6 folgt das flexible Steuerrohr 18 in diesem Fall der Richtung und damit dem Winkel des abgewinkelten Bohrmotors 7. In diesem Ausführungsbeispiel kann das Steuerrohr 18 am Bohrkopf 2 und/oder am Bohrlager 8 und/oder beliebig oft über die Länge des Steuerrohres 18 am Bohrmotor 7 gelagert sein. Damit ist das Steuerrohr 18 frei und unabhängig von einer Drehung des Bohrgestänges 6 und/oder des Bohrmotors 7 bewegbar. Alternativ kann das Steuerrohr 18 auch fest mit dem Bohrkopf 2 verbunden sein. Damit ist eine Drehung des Steuerrohres 18 zusammen mit dem Bohrkopf 2 möglich. Alternativ kann das Steuerrohr 18 auch fest mit dem Bohrlager 8 verbunden werden, wodurch eine Drehung des Steuerrohres 18 nur gemeinsam mit dem Bohrlager 8 möglich ist. Selbstverständlich kann das Steuerrohr 18 nicht mit sowohl dem Bohrkopf 2 als auch dem Bohrlager 8 fest verbunden sein, da damit der Betrieb des gesamten Systems verhindert würde.

[0029] Vorzugsweise besitzt der Bohrkopf, an den sich das Steuerrohr anschließt, einen Außendurchmesser, der im Millimeter- oder Zentimeterbereich gegenüber dem Außendurchmesser des Steuerrohrs größer ist. Hierbei wird weiter bevorzugt, dass das Steuerrohr wiederum einen Außendurchmesser aufweist, der gegenüber dem Außendurchmesser der Rohrleitung ebenfalls im Millimeter- oder Zentimeterbereich vergrößert ist.

[0030] Sämtliche Lagerungen des flexiblen Steuerohres 18 können als dichte Lager vorgesehen sein. Damit kann verhindert werden, dass Bohrflüssigkeit 12 und/oder Bohrklein in das Steuerrohr 18 eindringen. Indem das Steuerrohr 18 in diesem Fall nicht geflutet ist, also luftgefüllt ist, weist es ein deutlich geringeres Gewicht auf. Außerdem wird die Fähigkeit nach oben zu bohren hiermit verbessert, da ein derartiges Steuerrohr 18 gegenüber seiner Umgebung, die mit Bohrflüssigkeit 12 gefüllt ist, einen erhöhten Auftrieb bietet. Es ist also in diesem Ausführungsbeispiel ein leichteres Bohren in Richtung übertage möglich. In diesem Beispiel weist das Steuerrohr 18 keine Durchlässe 17 auf.

[0031] In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Düse zum Austritt der Bohrflüssigkeit 12 aus dem Bohrkopf derart ausgestaltet, dass Bohrflüssigkeit 12 nicht nur in Richtung der Ortsbrust 19 gemäß den Pfeilen 29 aus dem Bohrkopf austritt, sondern zusätzlich in die andere Richtung in das Innere des Steuerrohrs 18 geleitet wird. Dadurch wird es in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass in das Steuerrohr 18 gelangter Boden bzw. Bohrklein auch durch die zusätzliche, in das Steuerrohr eingeführte Bohrflüssigkeit 12 ausgespült wird. Dadurch wird der Abtransport von Material aus dem Inneren des Steuerrohrs 18 weiter optimiert, damit der Betrieb des Bohrmotors 7 nicht behindert wird.

[0032] Fig. 1b zeigt eine schematische Darstellung des Details B des Ausführungsbeispiels von Fig.1.

[0033] Auf der Ortsbrustseite ist der innere Teil des Bohrlagers 8 (siehe Fig. 3a, 3b) mit dem Vermessungsrohr 16 verbunden. Im Vermessungsrohr 16 ist eine Messsonde 13 angeordnet, die Messwerte hinsichtlich einer Lage des Vermessungsrohres 16 (und damit letztlich hinsichtlich des Bohrmotors 7 und des Bohrkopfes 2) über Kabel 14 nach übertage überträgt. Das Vermessungsrohr 16 wiederum ist fest mit dem abgewinkelten Bohrmotor 7 verbunden (siehe Fig. 1a), so dass sich die Übereinstimmung von Lage des Vermessungsrohres 16 und des Bohrmotors 7 ergibt. Wie auch schon der abgewinkelte Bohrmotor ist auch das Vermessungsrohr mittels einer Zentrierung 20 im Steuerrohr 18 zentriert. Das Steuerrohr 18 ist mit dem nicht rotierenden, äußeren Teil des Bohrlagers 8 an dessen der Ortsbrust zugewandten Seite verbunden. Auf der der Ortsbrust gegenüberliegenden Seite ist der innere Teil des Bohrlagers 8 mit dem Bohrgestänge 6 verbunden, während der äußere Teil des Bohrlagers auf der der Ortsbrust abgewandten Seite mit einem ersten Einzelrohr 4 der zu verlegenden Rohrleitung 3 verbunden ist.

[0034] Das Bohrlager 8 zeichnet sich dadurch aus, dass es vom Bohrgestänge 6 eingeleiteten Vorschubkräfte und Drehmomente auf das Vermessungsrohr 16 (und damit auf die mit dem Vermessungsrohr 16 verbundenen Komponenten) weiterleitet, auf das Steuerrohr 18 und die Rohrleitung 3 jedoch nur Axialkräfte (Kräfte, die in Längsrichtung des Bohrgestänges wirken) und keine Drehmomente überträgt.

[0035] Bei der im Vermessungsrohr 16 angeordneten Messsonde 13 handelt es in diesem Ausführungsbeispiel um eine auf dem Prinzip des Kreiselkompass basierenden Messsonde, die zusätzlich über Beschleunigungsmesser und ein elektrisches Lot verfügt. Damit kann eine Richtung (Azimut) als auch eine Neigung (Inklination) des Vermessungsrohrs ebenso wie die Stellung des Knickstücks des abgewinkelten Bohrmotors 7 (die für die Bohrrichtung relevant ist (siehe Fig. 2a-2c)) festgestellt werden. Alle Messwerte werden über ein im Inneren des Bohrgestänges 6 nach übertage führendes Kabel 14 übertragen. Alternativen zu einer kabelgebundenen Signalleitung können allerdings ebenfalls eingesetzt werden, sofern die Umstände des Bohr- und Verlegevorgangs solche Alternativen erlauben. Die grundsätzliche Technik einer Bestimmung der Lage des Bohrmotors und des Bohrkopfes ist dem Fachmann beispielsweise vom HDD-Verfahren bekannt, so dass hier nicht weiter auf Details eingegangen werden muss.

[0036] In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Messsonde 13 nicht im Vermessungsrohr 16, also auf der Ortsbrustseite des Bohrlagers 8 angeordnet sein, sondern auf der gegenüberliegenden Seite des Bohrlagers, also im ersten Einzelrohr 4. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch jeweils eine Messsonde 13 auf beiden Seiten des Bohrlagers 8 angeordnet sein, oder an einer beliebigen anderen Position.

[0037] Weiterhin kann in einem Ausführungsbeispiel auf der Ortsbrustseite des Bohrlagers 8 zusätzlich eine Düse angebracht sein, die Bohrflüssigkeit 12 in Richtung der Ortsbrust 19 ausgehend von der Umgebung des Bohrlagers 8 einspeist. Damit wird ein Gegendruck innerhalb des Vermessungsrohres 16 erzeugt, der dem Bohrdruck der Bohrflüssigkeit, die aus dem Bohrkopf 2 austritt, entgegenwirkt. Hierdurch kann der relative Druck im Vermessungsrohr 16 reduziert werden, wodurch eine Fehlfunktion oder Störung der Bohranordnung vermieden werden kann.

[0038] Fig. 1c zeigt eine schematische Darstellung des Details C des Ausführungsbeispiels von Fig.1.

[0039] Das Bohrgestänge 6 erstreckt sich durch die Rohrleitung 3 und wird durch eine Zentrierung 20 im Inneren der Rohrleitung 3 geführt. Der Durchmesser der Ortsbrust 19 ist größer als der Außendurchmesser des Rohrleitung 3, so dass sich zwischen dem Boden 10 um das Bohrloch und der Rohrleitung 3 ein Ringraum 11 ergibt, durch den insbesondere mit abgebohrtem Material beladene Bohrflüssigkeit 12 fließen kann.

[0040] Die Zentrierung 20 ist hier mit Innenrollen 22 versehen, die ein relatives Verdrehen von Bohrgestänge 6 und Zentrierung 20 erlauben, ohne dass dabei nennenswerte Drehmomente involviert wären bzw. übertragen würden. Die Achsen der Innenrollen 22 erstrecken sich parallel zur Längsachse des Bohrgestänges 6. Die Zentrierung weist zudem Außenrollen 21 auf, deren Achsen in der gezeigten Darstellung senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufen, so dass sich eine im Wesentlichen freie Verschiebbarkeit der Zentrierung 20 gegenüber der Rohrleitung 3 in Richtung des Bohrgestänges 6 ergibt.

[0041] Zu einer Fixierung der Zentrierung 20 gegenüber einer Verschiebung in Längsrichtung des Bohrgestänges 6 gegenüber dem Bohrgestänge 6 sind Halteringe 31 vor und hinter der Zentrierung am Bohrgestänge 6 vorgesehen.

[0042] In einer nicht dargestellten Abwandlung kann wenigstens ein Element (oder Teil-Element), aus dem sich das Bohrgestänge zusammensetzt, in Form eines Schneckenrohrs ausgestaltet sein und/oder wenigstens eine Zentrierung in Form einer Förderschnecke ausgestaltet sein, wobei diese Fördermittel so ausgeführt sind, dass sich bei einer Drehung der Bohrgestänges beim Bohren eine Förderwirkung für in dem Bereich zwischen Rohrleitung und Bohrgestänge befindlicher Bohrflüssigkeit (die mit Boden oder Bohrklein beladen ist) in Richtung übertage ergibt.

[0043] Fig. 1d zeigt eine schematische Darstellung des Details D des Ausführungsbeispiels von Fig.1.

[0044] Dargestellt ist der übertätige Teil der gesamten Anordnung mit der Vorschubvorrichtung 5 und dem Drehmotor 9. Beim Verlegen der Rohrleitung 3 wird die Rohrleitung selbst aus Einzelrohren 4 zusammengesetzt, die sukzessive in das Bohrloch 1 eingebracht werden. Das jeweils letzte Einzelrohr 4 der Rohrleitung 3 ist über eine (ggf. auch mehrere) längenverstellbare Verbindungsvorrichtung 15 mit der Vorschubvorrichtung 5 druckfest (ggf. auch zugfest und/oder verdrehungsfest) verbunden. Dadurch können Vorschubkräfte direkt von der Vorschubvorrichtung 5 auf die Rohrleitung 3 aufgebracht werden. Dies kann z.B. sinnvoll sein, wenn die Reibung im Bohrloch sehr groß ist und zusätzliche Vorschubkräfte erfordert.

[0045] Die "normalen" Vorschubkräfte für den Bohr- und Verlegevorgang werden jedoch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von der Vorschubvorrichtung 5 über das Bohrgestänge 6 auf das Bohrlager 8 übertragen. Das Bohrlager 8 leitet die vom Bohrgestänge 6 eingeleiteten Druckkräfte als Druckkräfte auf das Vermessungsrohr 16, den abgewinkelten Bohrmotor 7 und den Bohrkopf 2 sowie auf das Steuerrohr 18 und in Form von Zugkräften auf die Rohrleitung 3 weiter.

[0046] Das Bohrgestänge 6 ist mit dem Drehmotor 9 der Vorschubvorrichtung 5 verbunden. Bei (kontinuierlicher) Rotation des Drehmotors 9 werden Bohrgestänge 6, Vermessungsrohr 16, abgewinkelter Bohrmotor 7 und Bohrkopf 2 ebenfalls (kontinuierlich) gedreht. Bei hinzukommendem Antrieb des abgewinkelten Bohrmotors 7 (der seine Antriebsenergie in dem Fachmann bekannter Weise aus der durch ihn hindurch strömenden Bohrflüssigkeit 12 bezieht) wird zusätzlich der Bohrkopf 2 in Form einer überlagerten Drehbewegung rotiert. Bei gleichzeitigem Vorschub der Bohrgarnitur wird auf diese Weise ein gerades Bohrloch 1 erstellt (siehe Fig. 2b). Die Rotation des Bohrmotors 7 mit dem Bohrkopf ist durch die gestrichelte Darstellung in einer anderen Winkelrichtung illustriert.

[0047] Werden Bohrgestänge 6, Vermessungsrohr 16, abgewinkelter Bohrmotor 7 und Bohrkopf 2 von dem Drehmotor 9 der Vorschubvorrichtung 5 in eine bestimmte, durch die Messsonde 13 feststellbare Position gedreht, so wird bei Fortsetzung des Bohrvorgangs ein gekrümmtes Bohrloch entlang der jeweiligen Ausrichtung des Winkelstücks im abgewinkelten Bohrmotor 7 erstellt, wobei dann allerdings das Bohrgestänge 6 nicht mehr gedreht wird und lediglich der Bohrmotor 7 den Bohrkopf 2 antreibt.

[0048] Für den Bohrprozess verwendete Bohrflüssigkeit 12 wird durch die Vorschubvorrichtung 5, das Bohrgestänge 6, das Bohrlager 8, das Vermessungsrohr 16 und den abgewinkelten Bohrmotor 7 zum Bohrkopf 2 gepumpt. Dort tritt die Bohrflüssigkeit 12 in das Bohrloch 1 ein (siehe Pfeile 29 in Fig. 1a) und vermischt sich mit dem vom Bohrkopf 2 gelösten Boden 10 oder Bohrklein. Die mit Boden 10 und/oder Bohrklein vermischte Bohrflüssigkeit fließt dann durch den Ringraum 11 zwischen Rohrleitung 3 und Bohrloch 1 nach übertage (siehe Pfeile 30).

[0049] Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zentrierung 20 mit einer Dichtung 25 ausgebildet, so dass die Bohrflüssigkeit 12 an einem Eindringen in den Innenraum zwischen Bohrmotor 7 und Steuerrohr 18 bzw. Bohrgestänge 6 und Rohrleitung 3 gehindert wird. Vorteilhaft bei dieser Ausführung ist, dass der dann beispielsweise luftgefüllte Innenraum zwischen Bohrmotor 7 und Steuerrohr 18 bzw. Bohrgestänge 6 und Rohrleitung 3 als Auftriebskörper gegenüber dem mit Bohrflüssigkeit 12 gefüllten Ringraum 11 wirkt und dadurch die Normalkräfte im Bohrloch 1 deutlich reduziert werden. Dies kann wiederum signifikant niedrigere Vorschubkräfte zur Folge haben, so dass sich eine solche Vorgehensweise z.B. besonders in weichen Böden empfiehlt.

[0050] In einer alternativen (und hier nicht dargestellten) Ausführung fließt die mit Boden 10 und ggf. Bohrklein vermischte Bohrflüssigkeit 12 zusätzlich durch das Innere der Rohrleitung 3 nach übertage. Hierzu sind die Zentrierungen 20 sowie das Bohrlager 8 mit entsprechenden Durchlässen auszubilden. Als vorteilhaft bei dieser Auslegung ist anzusehen, dass dadurch der Druck im Ringraum 11 reduziert wird und somit Ausbrüche der Bohrflüssigkeit 12 zur Tagesoberfläche ("Ausbläser" gennant) besser vermieden werden können. Diese Ausführungsvariante erscheint insbesondere für tonige Böden angeraten.

[0051] In einer Abwandlung des hier diskutierten Ausführungsbeispiels ist alternativ und/oder ergänzend zu dem im Inneren des Bohrlochs vorgesehenen Bohrlager ein entsprechendes Bohrlager im Bereich der Vorschubvorrichtung vorgesehen, genauer zwischen dem jeweils letzten Einzelrohr und der Verbindungsvorrichtung, so dass auch über dieses Bohrlager eine Druckkraft vom Bohrgestänge auf die Rohrleitung eingeleitet werden kann.

[0052] Fig. 2a-2c zeigen schematische Illustrationen von Aspekten eines Bohr- und Verlegevorgangs, insbesondere der Richtungssteuerung des Bohr- und Verlegevorgangs.

[0053] In Fig. 2a ist dargestellt, wie ein in diesem Beispiel nach oben gekrümmter Bohrlochabschnitt im Anschluss an einen geraden Bohrlochabschnitt erstellt wird. Zur Erstellung des gekrümmten Bohrlochabschnitts wird die Arbeitsrichtung des Bohrkopfs 2 wie oben beschrieben in einer bestimmten Position fixiert. Bei Fortführung des Bohrvorgangs (d.h. der Bohrkopf 2 wird weiter vom Bohrmotor 7 um seine Achse rotiert) wird nun ein gekrümmtes Bohrloch 1 erstellt.

[0054] In Fig. 2b ist gezeigt, wie der Bohr- und Verlegevorgang in einem planmäßig geraden Bohrlochabschnitt erfolgt. Dazu wird der Bohrkopf 2 nicht nur um seine eigene Achse rotiert, sondern durch Drehung des (nicht dargestellten) Bohrgestänges 6 mit den damit verbundenen Komponenten zusätzlich auch um die Achse des Bohrgestänges 6 bzw. der Rohrleitung 3. Dadurch wird permanent die Arbeitsrichtung des Bohrkopfs 2 geändert, wodurch im Endeffekt ein gerader Bohrlochabschnitt erstellt wird.

[0055] In Fig. 2c wird im Grunde der gleiche Vorgang wie in Fig. 2a dargestellt, jedoch wird das Bohrloch 1 hier mit einer Krümmung nach unten ausgeführt.

[0056] Fig. 3a-3c zeigen schematische Illustrationen von Aspekten eines Bohr- und Verlegevorgangs, insbesondere der Richtungssteuerung des Bohr- und Verlegevorgangs gemäß dem Ausführungsbeispiel mit flexiblem Steuerrohr 18.

[0057] In Fig. 3a ist im Unterschied zu Fig. 2a zu sehen, dass das Steuerrohr 18 an dem Bohrkopf 2 anliegt bzw. damit verbunden ist. Diese Verbindung kann fest sein, derart, dass das Steuerrohr 18 zusammen mit dem Bohrkopf 2 rotiert, oder gelagert sein, derart, dass der Bohrkopf 2 unabhängig von dem Steuerrohr 18 rotieren kann. Ebenso wie in Fig. 2a ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3a die Richtung des Bohrkopfes 2 in einer Richtung fixiert, in diesem Fall nach oben, wodurch ein Richtungsbohren, in diesem Fall folglich in Richtung übertage, ermöglicht wird. Entsprechend weist das Bohrloch 1 in diesem Fall eine Krümmung nach oben auf.

[0058] Beim Geradeausbauen in Fig. 3b wird, wie oben mit Bezug auf Fig. 2b erläutert, zusätzlich zum Antrieb des Bohrkopfes 2 durch den Bohrmotor 7 das Bohrgestänge 6 in Rotation versetzt, wodurch der abgewinkelte Bohrmotor 7 je Umdrehung des Bohrgestänges 6 alle Neigungswinkel bezüglich der Axialrichtung durchläuft. Dadurch wird permanent die Arbeitsrichtung des Bohrkopfs 2 geändert, wodurch im Endeffekt ein gerader Bohrlochabschnitt erstellt wird. In diesem Fall folgt das flexible Steuerrohr 18 dem Bohrmotor 7 bzw. dem Bohrkopf 2 durch Biegen und/oder Rotieren, in Abhängigkeit der Lagerung bzw. Befestigung bezüglich der restlichen Komponenten.

[0059] In Fig. 3c wird im Grunde der gleiche Vorgang wie in Fig. 2a dargestellt, jedoch wird das Bohrloch 1 hier, analog zu Fig. 2c, mit einer Krümmung nach unten ausgeführt.

[0060] In den Fig. 3a-3c weist die Vorrichtung eine Zentrierung 20 auf. Zu beachten ist, dass die Zentrierung 20 nur dann den Bohrmotor 7 fest mit dem Steuerrohr 18 verbinden darf, wenn das Steuerrohres 18 am Bohrkopf 2 gelagert ist, da sonst eine vom Bohrgetriebe unabhängige Rotation des Bohrkopfes 2 verhindert wird. In dem Fall, in dem der Bohrkopf 2 fest mit dem Steuerrohr 18 verbunden ist, muss die Zentrierung 20 als Lager ausgebildet sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung keine Zentrierung 20 auf, in noch einem weiteren Ausführungsbeispiel werden zwei oder mehrere Zentrierungen 20 bereitgestellt.

[0061] Fig. 4a zeigt eine schematische Detaildarstellung des Bohrlagers eines Ausführungsbeispiels, während Fig. 4b eine schematische Detaildarstellung des Bohrlagers eines abgewandelten Ausführungsbeispiels zeigt.

[0062] Zu erkennen sind in Fig. 4a die eigentlichen Lager 28, die den im Betrieb sich drehenden bzw. gedrehten inneren Teil des Bohrlagers 8 vom nicht-drehenden äußeren Teil des Bohrlagers 8 trennen und dabei gleichzeitig die Übertragung großer Axialkräfte (ca. 500-2500 kN) vom inneren auf den äußeren Teil des Bohrlagers 8 ermöglichen. Zum Schutz der Lager 28 sind entsprechende Dichtungen 23 vorgesehen.

[0063] Der äußere Teil des Bohrlagers 8 wird hier mittels Schraubverbindungen 27 (z.B. Madenschrauben) mit dem Steuerrohr 18 sowie dem ersten Einzelrohr 4 der Rohrleitung 3 verbunden. Alternative Verbindungsarten - z.B. mittels Schweißverbindungen - sind möglich, haben aber möglicherweise wie im Fall des Schweißens Nachteile einer Wärmeeinwirkung auf das Bohrlager 8 während der Montage und/oder einer schwierigeren Demontage im Vergleich zu Schraubverbindungen 27. Neben der kraft- und formschlüssigen Schraubverbindung kann unter Umständen auch eine rein formschlüssige Verbindung erreicht werden, beispielsweise durch Hinterschneidungen.

[0064] In Fig. 4b wird der Einsatz von Aufdoppelungen 26 gezeigt. Diese Aufdoppelungen 26 ermöglichen es, ein Bohrlager 8 für unterschiedliche Durchmesser von Steuerrohren 18 und Rohrleitungen 3 zu verwenden. Dies hat erhebliche wirtschaftliche Vorteile, da derartige Aufdoppelungen 26 (im Gegensatz zu dem Rest des Bohrlagers 8) sehr kostengünstig herzustellen sind.

[0065] Die Verbindung von Bohrlager 8 mit dem Vermessungsrohr 16 und dem Bohrgestänge 6 erfolgt über typische Gewinde, die auch ansonsten im Bohrbereich z.B. zur Verbindung einzelnen Elemente eines Bohrgestänges oder eines Anschlusses eines Bohrmotors bekannt und verbreitet sind. Allerdings sind alternative Verbindungen ohne weiteres möglich, sofern die relevanten technischen Anforderungen erfüllt werden.

[0066] Fig. 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Fall, dass ein Bohrlager zwischen Bohrmotor und Bohrgestänge vorgesehen ist.

[0067] In Schritt 101 wird ein Bohrgestänge mit einem gegenüber der Längsachse des Bohrgestänges abgewinkelten oder abwinkelbaren Bohrmotor mit einem Bohrkopf gekoppelt, wobei diese Koppelung eine mittelbare Koppelung ist, die durch ein Koppeln des Bohrmotors mit einem Bohrlager und ein Koppeln des Bohrlagers mit dem Bohrgestänge zur Weiterleitung eines Drehmoments und einer Druckkraft sowie ggf. einer Zugkraft erstellt wird.

[0068] Alternativ kann das Bohrgestänge auch ohne Zwischenschaltung mit dem Bohrmotor gekoppelt werden, wobei dann das Bohrlager auf der Seite des Bohrgestänges in Richtung einer Vorschubvorrichtung vorgesehen wird. Es zudem möglich, beide Alternativen miteinander zu kombinieren.

[0069] In Schritt 102 wird ein Steuerrohr vorgesehen, das den Bohrmotor mit dem Bohrkopf umschließt, wobei sich der Bohrkopf im Betrieb in Richtung der Ortsbrust aus dem Steuerrohr erstreckt.

[0070] In Schritt 103 wird das Bohrlager mit der zu verlegenden Rohrleitung und dem Steuerrohr verbunden. Im Fall dieses Ausführungsbeispiels, bei dem das Bohrgestänge und der Bohrmotor mittelbar unter Einfügung des Bohrlagers miteinander gekoppelt werden, wird das Steuerrohr auf der ortsbrustseitigen Seite des Bohrlagers mit diesem verbunden, wobei die Rohrleitung (genauer das erste Einzelrohr der zusammenzusetzenden und zu verlegenden Rohrleitung) mit dem Bohrlager auf der gegenüberliegenden Seite verbunden wird. Es ist hierbei insbesondere vorgesehen, dass im Bereich des Bohrlagers das Steuerrohr und die Rohrleitung aneinander stoßen und miteinander fluchten, wenn das Bohrlager an den jeweiligen Innenseiten mit dem Steuerrohr und der Rohrleitung mit diesen verbunden wird. Andere Ausführungen sind allerdings ebenfalls möglich.

[0071] Erfolgt die Kopplung von Bohrmotor und Bohrgestänge direkt, ist also das Bohrlager im Bereich der Vorschubvorrichtung (und des Drehmotors) vorgesehen, ergibt sich die Verbindung von Steuerrohr und Bohrlager mittelbar durch die Verbindung von Bohrlager und Rohrleitung und eine Verbindung von Rohrleitung und Steuerrohr.

[0072] Es sei darauf hingewiesen, dass eine "direkte Kopplung" von Bohrmotor und Bohrgestänge nicht das Vorsehen eines Vermessungsrohrs (wie oben diskutiert) zwischen Bohrmotor und Bohrgestänge ausschließt, entsprechend kann auch beim "mittelbaren Koppeln" der Bohrmotor mit einem Vermessungsrohr versehen sein. Vorteilhafterweise wird ein Vermessungsrohr wie diskutiert oder eine andere Lagebestimmungseinheit am Bohrmotor vorgesehen.

[0073] Für ein planmäßig gerades Verlegen der Rohrleitung umfasst das Verfahren in Schritt 104 ein Drehen des Bohrgestänges zur Rotation des Bohrmotors mit dem Bohrkopf und Drehen des Bohrkopfes um dessen Längsachse mit dem Bohrmotor unabhängig von einer Rotation des Bohrgestänges.

[0074] Für ein gekrümmtes Verlegen der Rohrleitung umfasst das Verfahren in Schritt 105 ein Drehen des Bohrgestänges, bis eine Lagebestimmungseinheit des Bohrmotors eine Position angibt, bei der der Bohrmotor in Richtung der Krümmung abgewinkelt oder abwinkelbar ist, und in Schritt 106 ein Drehen des Bohrkopfes um dessen Längsachse mit dem abgewinkelten Bohrmotor.

[0075] Beim Verlegen der Rohrleitung (also während der Schritte 104 bzw. 105 und 106) wird durch das Bohrgestänge eine in Richtung der Längsachse des Bohrgestänges wirkende Druckkraft auf das Bohrlager ausgeübt, die durch das Bohrlager als eine in einer Längsrichtung der Rohrleitung wirkende Zug- und/oder Druckkraft auf die Rohrleitung und als eine in Längsrichtung des Steuerrohrs wirkende Druckkraft weitergegeben wird.

[0076] Es ist zu bemerken, dass die Reihenfolge der Schritte 101, 102 und 103 auch variiert werden kann.

[0077] Eine Implementierung der Erfindung sieht ein Verfahren zur Verlegung einer Rohrleitung in einem Bohrloch vor, wobei das Bohrloch 1 von einem steuerbaren Bohrkopf 2 erstellt wird und der Bohrkopf 2 einen größeren Durchmesser aufweist als die Rohrleitung 3 und die jeweilige Position des Bohrkopfs 2 im Boden 10 mittels einer in einem Vermessungsrohr 16 angeordneten Messsonde 13 ermittelt und über mindestens ein Kabel 14 nach übertage übertragen wird, der Bohrvorgang zur Erstellung des Bohrlochs 1 und der Verlegevorgang zur Verlegung der Rohrleitung 3 in dem Bohrloch 1 gleichzeitig stattfinden, die Rohrleitung 3 während des Bohr- und Verlegevorgangs sukzessive aus Einzelrohren 4 zusammengesetzt wird, die für den Bohr- und Verlegevorgang erforderliche Vorschubkraft von einer Vorschubvorrichtung 5 erzeugt und über ein Bohrgestänge 6 auf ein Bohrlager 8 und vom Bohrlager 8 sowohl über das Vermessungsrohr 16 und den abgewinkelten Bohrmotor 7 auf den Bohrkopf 2 als auch auf das Steuerrohr 18 und die Rohrleitung 3 übertragen wird, das für den Bohrvorgang erforderliche Drehmoment von dem abgewinkelten Bohrmotor 7 erzeugt und auf den Bohrkopf 2 übertragen wird, die Steuerung des Bohrkopfs 2 über einen auf der Vorschubvorrichtung 5 befindlichen Drehmotor 9 vorgenommen und die Drehbewegungen des Drehmotors 9 über das Bohrgestänge 6, das Vermessungsrohr 16 und den abgewinkelten Bohrmotor 7 auf den Bohrkopf 2 übertragen werden, die für den Bohrvorgang erforderliche Bohrflüssigkeit 12 durch das Bohrgestänge 6 und den Bohrmotor 7 zum Bohrkopf 2 gepumpt wird und der während des Bohrvorgangs von dem Bohrkopf 2 gelöste Boden 10 hydraulisch von der Bohrflüssigkeit 12 durch den Ringraum 11 aus dem Bohrloch 1 gefördert wird, wobei, nachdem der Bohrkopf 2 den Zielpunkt 17 erreicht hat, das Bohrlager 8, das Steuerrohr 18, das Vermessungsrohr 16, der abgewinkelte Bohrmotor 7 und der Bohrkopf 2 von der Rohrleitung 3 getrennt werden und das Bohrgestänge 6 von der Vorschubvorrichtung 5 aus der Rohrleitung 3 herausgezogen wird.

Bezugszeichenliste

1	Bohrloch	101	Koppeln von Bohrgestänge und Bohrmotor
2	Bohrkopf	102	Vorsehen eines Steuerrohrs
3	Rohrleitung	103	Verbinden eines Bohrlagers mit Rohrleitung und Steuerrohr
4	Einzelrohr	104	Drehen von Bohrgestänge und Bohrkopf
5	Vorschubvorrichtung	105	Positionsdrehen des Bohrgestänges
6	Bohrgestänge	106	Drehen des Bohrkopfes
7	Bohrmotor
8	Bohrlager
9	Drehmotor
10	Boden
11	Ringraum
12	Bohrflüssigkeit
13	Messsonde
14	Kabel
15	Verbindungsvorrichtung
16	Vermessungsrohr
17	Durchlass
18	Steuerrohr
19	Ortsbrust
20	Zentrierung
21	Außenrolle
22	Innenrolle
23	Dichtung
24	Steuerring
25	Dichtung
26	Aufdoppelung
27	Schraubverbindung
28	Lager
29	Austritt von Bohrflüssigkeit
30	Ablauf von Bohrflüssigkeit
31	Haltering

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Verlegung einer Rohrleitung (3) in einem Bohrloch (1), mit
einem gegenüber der Längsachse eines Bohrgestänges (6) abgewinkelten oder abwinkelbaren Bohrmotor (7) für einen Bohrkopf (2), der für einen Antrieb des Bohrkopfes (2) unabhängig von einer Rotation des Bohrgestänges (6) vorgesehen ist,
einer Lagebestimmungseinheit (16) zur Bestimmung und Übermittlung einer Rotationslage des abgewinkelten Bohrmotors (7), und
einem Steuerrohr (18), das den Bohrmotor (7) zumindest teilweise umschließt, wobei sich der Bohrkopf (2) im Betrieb in Richtung einer Ortsbrust (19) aus dem Steuerrohr (18) erstreckt,
gekennzeichnet durch
ein Bohrlager (8), das mit dem Bohrgestänge (6) zur Aufnahme einer in Richtung einer Längsachse des Bohrgestänges (6) wirkenden Druckkraft koppelbar und mit der Rohrleitung (3) zur Weitergabe der Druckkraft als in Längsrichtung der Rohrleitung (3) wirkende Zug- und/oder Druckkraft verbindbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
wobei das Steuerrohr (18) reversibel verformbar ist, wobei das Steuerrohr (18) insbesondere ein flexibles Material, insbesondere Polyethylen hoher Dichte (HDPE), aufweist oder daraus besteht und/oder das Steuerrohr (18) mehrere gelenkig miteinander verbundene Elemente umfasst.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
mit einer ein- oder mehrteiligen Zentrierung zur mittelbaren oder unmittelbaren Kopplung des Steuerrohrs (18) mit dem Bohrmotor (7), die so angeordnet ist, dass das Steuerrohr (18) entsprechend der Rotationslage des Bohrmotors (7) verformt wird, wobei die Zentrierung insbesondere für ein dichtes Abschließen mit dem Bohrkopf (2) oder dem Bohrmotor (7) ausgestaltet ist, vorzugsweise für ein gegenüber Durchtritt von Luft und/oder Bohrflüssigkeit dichtes Abschließen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
wobei das Steuerrohr (18) in einem der Ortsbrust (19) zugewandten Bereich seiner Außenseite mit einem Steuerring (24) zur Unterstützung eines Folgens einer Krümmung des Bohrlochs (1) durch das Steuerrohr (18) versehen ist, insbesondere mit einem Steuerring (24) mit einem Querschnitt in Form eines Dreiecks, dessen Grundseite an der Außenseite des Steuerrohrs (18) anliegt, wobei vorzugsweise die Spitze des Dreiecks über einer von der Ortsbrust (19) abgewandten Hälfte der Grundseite des Dreiecks angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
wobei das Steuerrohr (18) gegenüber der Ortsbrust (19) mit einer Dichtung versehen ist, durch die sich der Bohrkopf (2) oder der Bohrmotor (7) erstreckt, wobei die Dichtung mit einer exzentrischen Öffnung für Bohrkopf (2) oder Bohrmotor (7) versehen und für eine Rotation relativ zum Steuerrohr (18) ausgestaltet ist und/oder wobei die Dichtung verformbar zur Aufnahme der Bewegung von Bohrkopf (2) oder Bohrmotor (7) im Betrieb ausgestaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
wobei die Vorrichtung für eine Druckbeaufschlagung des Inneren des Steuerrohrs (18) ausgestaltet ist, insbesondere durch eine Flüssigkeit.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
ferner mit einem Spülelement zum Austragen von in das Steuerrohr (18) gelangtem abgebohrten Material, wobei das Spülelement insbesondere zur Nutzung von Bohrflüssigkeit (12) ausgestaltet ist, wobei bevorzugt das Spülelement im Bereich eines von der Ortsbrust (19) abgewandten Abschlusses des Steuerrohrs (24) angeordnet ist und in Richtung der Ortsbrust (19) wirkt und/oder das Spülelement im Bereich des Bohrkopfes (2) angeordnet ist und von der Ortsbrust (19) weg wirkt, wobei das Steuerrohr (18) bei einem von der Ortsbrust (19) weg wirkenden Spülelement besonders bevorzugt in einem von der Ortsbrust (19) abgewandten Bereich Austragöffnungen (17) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei das Bohrlager (6) eine oder mehrere Aufdoppelungen (26) zur Anpassung des Außendurchmessers des Bohrlagers (6) an einen Durchmesser der Rohrleitung (3) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Vorrichtung für ein Ableiten von mit abgebohrtem Material beladener Bohrflüssigkeit (12) durch einen Zwischenraum (11) zwischen dem Bohrloch (1) und einer Außenseite der Rohrleitung (3) und/oder durch einen Zwischenraum zwischen Bohrgestänge (6) und einer Innenseite der Rohrleitung (3) ausgestaltet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
mit einer oder mehreren Zentrierungen (20) für den Bohrmotor (7), die Lagebestimmungseinheit (16) und/oder ein oder mehrere Elemente des Bohrgestänges (6) im Steuerrohr (18) und/oder in der Rohrleitung (3), wobei der maximale Außendurchmesser der einen oder mehreren Zentrierungen (20) bevorzugt um 1 bis 10 mm geringer ist als der jeweilige minimale Innendurchmeser des Steuerrohrs (18) bzw. der Rohrleitung (3).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
ferner mit dem Bohrgestänge (6), wobei das Bohrgestänge (6) mit mindestens zwei Halteringen (31) zur Positionierung einer Zentrierung (20) am Bohrgestänge (6) versehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
wobei wenigstens eine Zentrierung (20) für ein Rotieren der Zentrierung (20) um eine Längsachse des Bohrgestänges (6) relativ zu dem Bohrmotor (7), der Lagebestimmungseinheit (16) bzw. dem Bohrgestänge (6) und für ein Verschieben der Zentrierung (20) entlang der Längsachse des Bohrgestänges (6) relativ zur Rohrleitung (3) ausgestaltet ist, wobei die Zentrierung (20)bevorzugt Rollen (22) an ihrer Innenseite, deren Achsen parallel zur Längsachse des Bohrgestänges (6) ausgerichtet sind, und Rollen (21) an ihrer Außenseite aufweist, deren Achsen in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Bohrgestänges (6) ausgerichtet sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
ferner mit dem Bohrgestänge (6), wobei die Vorrichtung für ein Ableiten von mit abgebohrtem Material beladener Bohrflüssigkeit (12) durch einen Zwischenraum zwischen Bohrgestänge (6) und einer Innenseite der Rohrleitung (3) ausgestaltet ist, wobei das Bohrgestänge (6) zumindest teilweise als Schneckenrohr ausgestaltet ist und/oder die Vorrichtung mit einer Zentrierung (20) verstehen ist, die als Förderschnecke ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei das Bohrlager (6) im Betrieb als Verbindungselement für das Steuerrohr (18) und die Rohrleitung (3) im Bereich eines Beginns eines Bohrstrangs und/oder als Schubelement für bereits verlegte Rohrleitungselemente (4) zwischen einem Ende des als letztem verlegtem Rohrleitungselement (4) und einer Vorschubvorrichtung (5) vorgesehen ist.

15. Verfahren zur Verlegung einer Rohrleitung (3) in einem Bohrloch (1), mit den Schritten:

Koppeln (101) eines Bohrgestänges (6) mit einem gegenüber der Längsachse des Bohrgestänges (6) abgewinkelten oder abwinkelbaren Bohrmotor (7) mit einem Bohrkopf (2), wobei das Koppeln (101) ein mittelbares Koppeln über ein Bohrlager (8) und/oder ein Koppeln ohne Zwischenschaltung eines Bohrlagers (8) ist,

Vorsehen (102) eines Steuerrohrs (18), das den Bohrmotor (7) zumindest teilweise umschließt, wobei sich der Bohrkopf (2) im Betrieb in Richtung der Ortsbrust (19) aus dem Steuerrohr (18) erstreckt,

Verbinden (103) des Bohrlagers (8) mit der zu verlegenden Rohrleitung (3) und dem Steuerrohr (18), wobei im Fall eines nur mittelbaren Koppelns (101) von Bohrgestänge (6) und Bohrmotor (7) das Steuerrohr (18) und die Rohrleitung (3) auf einander gegenüberliegenden Seiten des Bohrlagers (8) mit diesem verbunden werden und andernfalls das Steuerrohr (18) mittelbar über die Rohrleitung (3) mit dem Bohrlager (8) verbunden wird,

wobei das Verfahren für ein planmäßig gerades Verlegen der Rohrleitung (3) umfasst:

Drehen (104) des Bohrgestänges (6) zur Rotation des Bohrmotors (7) mit dem Bohrkopf (2) und Drehen (104) des Bohrkopfes (2) um dessen Längsachse mit dem Bohrmotor (7) unabhängig von einer Rotation des Bohrgestänges (6), und

wobei das Verfahren für ein gekrümmtes Verlegen der Rohrleitung (3) umfasst:

Drehen (105) des Bohrgestänges (6), bis eine Lagebestimmungseinheit (16) des Bohrmotors (7) eine Position angibt, bei der der Bohrmotor (7) in Richtung der Krümmung abgewinkelt oder abwinkelbar ist,

Drehen (106) des Bohrkopfes (2) um dessen Längsachse mit dem abgewinkelten Bohrmotor (7),

wobei beim Verlegen der Rohrleitung (3) durch das Bohrgestänge (6) eine in Richtung der Längsachse des Bohrgestänges (6) wirkende Druckkraft auf das Bohrlager (8) ausgeübt wird, die durch das Bohrlager (8) als eine in einer Längsrichtung der Rohrleitung (3) wirkende Zug- und/oder Druckkraft auf die Rohrleitung (3) und als eine in Längsrichtung des Steuerrohrs (18) wirkende Druckkraft weitergegeben wird.

Claims

1. A device for laying a pipeline (3) in a borehole (1), having
a drill motor (7) angled or able to be angled relative to the longitudinal axis of a drill pipe (6) for a drill head (2) provided for a drive of the drill head (2) independently of a rotation of the drill pipe (6),
a position determination unit (16) for determining and transmitting a rotational position of the angled drill motor (7), and
a head tube (18) at least partially enclosing the drill motor (7), the drill head (2) extending from the head tube (18) in the direction of a working face (19) during operation,
characterized by
a drill bearing (8) for coupling to the drill pipe (6) for receiving a compressive force acting in the direction of a longitudinal axis of the drill pipe (6) and for connecting to the pipeline (3) for transferring the compressive force as a tensile and/or compressive force acting in the longitudinal direction of the pipeline (3).

2. The device according to claim 1,
wherein the head tube (18) is reversibly deformable, wherein the head tube (18) in particular comprises or consists of a flexible material, in particular high-density polyethylene (HDPE) and/or the head tube (18) comprises a plurality of articulated elements connected to each other.

3. The device according to claim 2,
having a one- or multi-part centring device for directly or indirectly coupling the head tube (18) to the drill motor (7), said motor drill being disposed so that the head tube (18) is deformed according to the rotational position of the drill motor (7), wherein the centring device in particular is designed for tightly closing off the drill head (2) or the drill motor (7), preferably for a tightly closing off the passage of air and/or drilling fluid.

4. The device according to claim 1,
wherein the head tube (18) is provided with a control ring (24) in a region of its outer side facing the working face (19) for supporting following of a curvature of the borehole (1) through the head tube (18), in particular having a control ring (24) having a cross-section in the form of a triangle, the base side thereof resting against the outer side of the head tube (18), wherein preferably the tip of the triangle is disposed above a half of the base side of the triangle facing away from the working face (19).

5. The device according to claim 1,
wherein the head tube (18) is provided with a seal opposite the working face (19), the drill head (2) or the drill motor (7) extending through said seals, wherein the seal is provided with an eccentric opening for drill head (2) or drill motor (7) and is designed for rotating relative to the head tube (18) and/or wherein the seal is designed to be deformable for receiving the movement of the drill head (2) or drill motor (7) during operation.

6. The device according to claim 5,
wherein the device is designed for pressurizing the interior of the head tube (18), in particular by a liquid.

7. The device according to any one of the preceding claims,
further having a rinsing element for discharging drilled material that has entered into the head tube (18), wherein the rinsing element is designed in particular for using drilling fluid (12), wherein the flushing element is preferably disposed in the region of a termination of the head tube (24) facing away from the working face (19) and acts in the direction of the working face (19) and/or the rinsing element is disposed in the region of the drill head (2) and acts away from the working face (19), wherein the head tube (18) comprises discharge openings (17) at a rinsing element acting away from the working face (19) particularly preferably in a region facing away from the working face (19).

8. The device according to any one of the preceding claims,
wherein the drill bearing (6) comprises one or more false edges (26) for adjusting the outer diameter of the drill bearing (6) to a diameter of the pipeline (3).

9. The device according to any one of the preceding claims,
wherein the device is designed for draining drilling fluid (12) laden with bored material through a space (11) between the borehole (1) and an outer side of the pipeline (3) and/or through a space between the drill pipe (6) and an inside of the pipeline (3).

10. The device according to any one of the preceding claims,
having one or more centring devices (20) for the drill motor (7), the position determination unit (16) and/or one or more elements of the drill pipe (6) in the head tube (18) and/or in the pipeline (3), wherein the maximum outer diameter of the one or more centring devices (20) is preferably smaller by 1 to 10 mm than the respective minimum inner diameter of the head tube (18) or the pipeline (3).

11. The device according to claim 10,
further having the drill pipe (6), wherein the drill pipe (6) is provided with at least two retaining rings (31) for positioning a centring device (20) on the drill pipe (6).

12. The device according to any one of the claims 10 to 11,
wherein at least one centring device (20) is designed for rotating the centring device (20) about a longitudinal axis of the drill pipe (6) relative to the drill motor (7), the position determination unit (16) or the drill pipe (6) and for shifting the centring device (20) along the longitudinal axis of the drill pipe (6) relative to the pipeline (3), wherein the centring device (20) preferably comprises rollers (22) on the inner side thereof, the axes thereof being aligned parallel to the longitudinal axis of the drill pipe (6), and rollers (21) on the outer side thereof, the axes thereof being aligned in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the drill pipe (6).

13. The device according to any one of the preceding claims,
further having the drill pipe (6), wherein the device is designed for discharging drilling fluid (12) laden with drilled material through a space between drill pipe (6) and an inner side of the pipeline (3), wherein the drill pipe (6) is designed at least partially as a screw tube and/or the device is provided with a centring device (20) designed as a screw conveyor.

14. The device according to any one of the preceding claims,
wherein the drilling bearing (6) is provided during operation as a connecting element for the head tube (18) and the pipeline (3) in the region of a beginning of a drill string and/or as a thrust element for already laid pipeline elements (4) between one end of the last laid pipeline element (4) and a feed device (5).

15. A method for laying a pipeline (3) in a borehole (1), having the steps:

coupling (101) a drill pipe (6) to a drill motor (7) angled or able to be angled relative to the longitudinal axis of the drill pipe (6) for a drill head (2), the coupling (101) being an indirect coupling via a drill bearing (8) and/or a coupling without the interposition of a drill bearing (8),

providing (102) a head tube (18) at least partially enclosing the drill motor (7), the drill head (2) extending from the head tube (18) in the direction of the working face (19) during operation,

connecting (103) the drill bearing (8) to the pipeline (3) to be laid and the head tube (18), the head tube (18) and the pipeline (3) being connected thereto on sides of the drill bearing (8) opposite each other in the case of only indirect coupling (101) of drill pipe (6) and drill motor (7) and otherwise the head tube (18) being connected indirectly to the drill bearing (8) via the pipeline (3),

wherein the method for laying the pipeline (3) straight according to the plan comprises:

turning (104) the drill pipe (6) for rotating the drill motor (7) with the drill head (2) and turning (104) the drill head (2) about longitudinal axis thereof with the drill motor (7) independently of a rotation of the drill pipe (6), and

wherein the method for curved laying of the pipeline (3) comprises:

turning (105) the drill pipe (6) until a position determination unit (16) of the drill motor (7) indicates a position at which the drill motor (7) is angled or can be angled in the direction of the curvature,

turning (106) the drill head (2) about the longitudinal axis thereof with the angled drill motor (7),

wherein during the laying of the pipeline (3) by the drill pipe (6), a compressive force acting in the direction of the longitudinal axis of the drill pipe (6) is exerted on the drill bearing (8) and transfers through the drill bearing (8) as a tensile and/or compressive force on the pipeline (3) acting in a longitudinal direction of the pipeline (3) and as a compressive force acting in the longitudinal direction of the head tube (18).

Revendications

1. Dispositif de pose d'une canalisation (3) dans un trou de forage (1), avec
un moteur de forage (7) coudé ou pouvant être coudé par rapport à l'axe longitudinal d'un train de tiges (6) pour une tête de forage (2), qui est prévu pour un entraînement de la tête de forage (2) indépendamment d'une rotation du train de tiges (6),
une unité de détermination de position (16) pour la détermination et le transfert d'une position de rotation du moteur de forage coudé (7), et
un tube de commande (18), qui entoure au moins en partie le moteur de forage (7), dans lequel la tête de forage (2) s'étend en fonctionnement en direction d'un front de taille (19) depuis le tube de commande (18),
caractérisé par
un palier de forage (8), qui peut être couplé avec le train de tiges (6) pour l'absorption d'une force de pression agissant en direction d'un axe longitudinal du train de tiges (6) et peut être relié à la canalisation (3) pour la transmission de la force de pression en tant que force de traction et/ou de pression agissant dans la direction longitudinale de la canalisation (3).

2. Dispositif selon la revendication 1,
dans lequel le tube de commande (18) est déformable de manière réversible, dans lequel le tube de commande (18) présente en particulier un matériau souple, en particulier du polyéthylène haute densité (HDPE), ou en est constitué et/ou le tube de commande (18) comprend plusieurs éléments reliés les uns aux autres de manière articulée.

3. Dispositif selon la revendication 2,
avec un centrage à une ou plusieurs parties pour le couplage direct ou indirect du tube de commande (18) avec le moteur de forage (7), qui est agencé de sorte que le tube de commande (18) est déformé en fonction de la position de rotation du moteur de forage (7), dans lequel le centrage est configuré en particulier pour une obturation étanche avec la tête de forage (2) ou le moteur de forage (7), de préférence pour une obturation étanche par rapport au passage d'air et/ou de fluide de forage.

4. Dispositif selon la revendication 1,
dans lequel le tube de commande (18) est doté, dans une zone de son côté extérieur tournée vers le front de taille (19), d'un anneau de commande (24) pour soutenir un suivi d'une courbure du trou de forage (1) à travers le tube de commande (18), en particulier d'un anneau de commande (24) avec une section transversale en forme de triangle, dont la base s'appuie sur le côté extérieur du tube de commande (18), dans lequel de préférence la pointe du triangle est agencée sur une moitié de la base du triangle opposée au front de taille (19).

5. Dispositif selon la revendication 1,
dans lequel le tube de commande (18) est doté d'un joint par rapport au front de taille (19), à travers lequel la tête de forage (2) ou le moteur de forage (7) s'étend, dans lequel le joint est doté d'une ouverture excentrique pour tête de forage (2) ou moteur de forage (7) et est configuré pour une rotation par rapport au tube de commande (18) et/ou dans lequel le joint est configuré de manière déformable pour l'absorption du mouvement de la tête de forage (2) ou du moteur de forage (7) en fonctionnement.

6. Dispositif selon la revendication 5,
dans lequel le dispositif est configuré pour une mise sous pression de l'intérieur du tube de commande (18), en particulier par un fluide.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
en outre avec un élément de rinçage pour l'évacuation de matériau foré parvenu dans le tube de commande (18), dans lequel l'élément de rinçage est configuré en particulier pour l'utilisation de fluide de forage (12), dans lequel de préférence l'élément de rinçage est agencé dans la zone d'une obturation du tube de commande (24) opposée au front de taille (19) et agit en direction du front de taille (19) et/ou l'élément de rinçage est agencé dans la zone de la tête de forage (2) et agit à l'opposé du front de taille (19), dans lequel le tube de commande (18) présente des ouvertures d'évacuation (17) pour un élément de rinçage agissant à l'opposé du front de taille (19) de manière particulièrement préférée dans une zone opposée au front de taille (19).

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
dans lequel le palier de forage (6) présente un ou plusieurs doublages (26) pour l'adaptation du diamètre extérieur du palier de forage (6) à un diamètre de la canalisation (3).

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
dans lequel le dispositif est configuré pour une évacuation de fluide de forage (12) chargé de matériau foré à travers un espace intermédiaire (11) entre le trou de forage (1) et un côté extérieur de la canalisation (3) et/ou à travers un espace intermédiaire entre le train de tiges (6) et un côté intérieur de la canalisation (3).

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
avec un ou plusieurs centrages (20) pour le moteur de forage (7), l'unité de détermination de position (16) et/ou un ou plusieurs éléments du train de tiges (6) dans le tube de commande (18) et/ou dans la canalisation (3), dans lequel le diamètre extérieur maximal des un ou plusieurs centrages (20) est de préférence de 1 à 10 mm inférieur au diamètre intérieur minimal respectif du tube de commande (18) ou de la canalisation (3).

11. Dispositif selon la revendication 10,
en outre avec le train de tiges (6), dans lequel le train de tiges (6) est doté d'au moins deux anneaux de retenue (31) pour le positionnement d'un centrage (20) au niveau du train de tiges (6).

12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11,
dans lequel au moins un centrage (20) est configuré pour une rotation du centrage (20) autour d'un axe longitudinal du train de tiges (6) par rapport au moteur de forage (7), à l'unité de détermination de position (16) ou au train de tiges (6) ou pour un coulissement du centrage (20) le long de l'axe longitudinal du train de tiges (6) par rapport à la canalisation (3), dans lequel le centrage (20) présente de préférence des rouleaux (22) sur son côté intérieur, dont les axes sont orientés parallèlement à l'axe longitudinal du train de tiges (6), et des rouleaux (21) sur son côté extérieur, dont les axes sont orientés dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du train de tiges (6).

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
en outre avec le train de tiges (6), dans lequel le dispositif est configuré pour une évacuation de fluide de forage (12) chargé de matériau foré à travers un espace intermédiaire entre le train de tiges (6) et un côté intérieur de la canalisation (3), dans lequel le train de tiges (6) est configuré au moins en partie en tant que tube à vis sans fin et/ou le dispositif est doté d'un centrage (20), qui est réalisé en tant que vis transporteuse.

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
dans lequel le palier de forage (6) est prévu en fonctionnement en tant qu'élément de liaison pour le tube de commande (18) et la canalisation (3) dans la zone d'un début d'un train de forage et/ou en tant qu'élément de poussée pour des éléments de canalisation (4) déjà posés entre une extrémité de l'élément de canalisation (4) posé en dernier et un dispositif de poussée (5).

15. Procédé de pose d'une canalisation (3) dans un trou de forage (1), avec les étapes consistant à :

coupler (101) un train de tiges (6) avec un moteur de forage (7) coudé ou pouvant être coudé par rapport à l'axe longitudinal du train de tiges (6) avec une tête de forage (2), dans lequel le couplage (101) est un couplage indirect par le biais d'un palier de forage (8) et/ou un couplage sans l'intermédiaire d'un palier de forage (8),

prévoir (102) un tube de commande (18), qui entoure au moins en partie le moteur de forage (7), dans lequel la tête de forage (2) s'étend en fonctionnement en direction du front de taille (19) depuis le tube de commande (18),

relier (103) le palier de forage (8) à la canalisation (3) à poser et au tube de commande (18), dans lequel, dans le cas d'un couplage seulement indirect (101) du train de tiges (6) et du moteur de forage (7), le tube de commande (18) et la canalisation (3) sont reliés sur des côtés opposés du palier de forage (8) avec celui-ci et, dans le cas contraire, le tube de commande (18) est relié indirectement au palier de forage (8) par le biais de la canalisation (3),

dans lequel le procédé comprend pour une pose droite comme prévue de la canalisation (3) :

la rotation (104) du train de tiges (6) pour la rotation du moteur de forage (7) avec la tête de forage (2) et la rotation (104) de la tête de forage (2) autour de son axe longitudinal avec le moteur de forage (7) indépendamment d'une rotation du train de tiges (6), et

dans lequel le procédé comprend pour une pose courbée de la canalisation (3) ;

la rotation (105) du train de tiges (6), jusqu'à ce qu'une unité de détermination de position (16) du moteur de forage (7) indique une position pour laquelle le moteur de forage (7) est coudé ou peut être coudé en direction de la courbure,

la rotation (106) de la tête de forage (2) autour de son axe longitudinal avec le moteur de forage coudé (7),

dans lequel, lors de la pose de la canalisation (3) par le train de tiges (6), une force de pression agissant en direction de l'axe longitudinal du train de tiges (6) est exercée sur le palier de forage (8), qui est transmise par le palier de forage (8) en tant que force de traction et/ou de pression agissant dans une direction longitudinale de la canalisation (3) sur la canalisation (3) et en tant que force de pression agissant en direction longitudinale du tube de commande (18).

Zeichnung