Neue Bohrtechniken für Infrastrukturprojekte Rolf Bracke

Transcrição

Neue Bohrtechniken für Infrastrukturprojekte
Rolf Bracke
7. NRW Geothermiekonferenz
Hochschule Bochum
6. Oktober 2011
INTERNATIONALES GEOTHERMIEZENTRUM
INTERNATIONAL GEOTHERMAL CENTER
GEOTHERMISCHE VERSORGUNG DES NEUBAUS DES ID-GEBÄUDES /
RUHR-UNIVERSITÄT
Ä BOCHUM
Ruhr-Universität
ID Gebäude
ID-Gebäude
71 Sonden
je 150 m
Einbau 32 mm
Doppel-U-Sonden
25 mm Verpressschlauch
Dämmer Thermocem
Ruhr-Universität
ID Gebäude
ID-Gebäude
Geologie
g
Ruhr-Universität
ID Gebäude
ID-Gebäude
Sondenfelder
BBohrung
h
trifft
t ifft ffertig
ti
ausgebaute Sonde
in 130 m Tiefe
Abstand 14 m
Spülungsaustritt
Bohrverfahren
Spülbohren
(i l PDC Meißel)
(incl.
M iß l)
aufbereitete Spülung
DTH Hammer Luft
Spülungsmedium:
Luft (+Wasser)
DTH Hammer Wasser
Spülungsmedium:
Klarwasser
Bohrgestänge
Bisheriger Standard :
DTH Hammer Luft
Innovative Bohrtechnik :
DTH Hammer Fluid / Wasser
Passive Stabilizer
(Führungsrippen)
Spülmedium: Luft (+ etwas Wasser)
Spülmedium: Klarwasser / Fluide
Arbeitsdruck: 15 – 35 bar
Arbeitsdruck: 40 – 180 bar
Schlagfrequenz: < 30 Hz
Schlagfrequenz: ca. 70 Hz
Spülungsgeschw. : 20 – 30 m/s
Spülungsgeschw. : ~ 1 m/s
Rotation: 40 – 80 U/min
/
Rotation: 80 – 150 U/min
/
Energiebedarf Kompressor: Faktor 3 höher
DTH Lufthammer
Stand der Technik

K
Kompressor

Spülwanne

Dicker Spülschlauch

Auslauf Spülwasser

Schutzverrohrung

“Doppelkopf”
DTH Druckwasserhammer
Stand der Technik

Wasserpumpe

Absetzcontainer

Dünne Schläuche

Verpresspumpe

Schutzverrohrung

“Doppelkopf”
LLuft
ft (Gas)
(G ) ist
it
komprimierbar:
ca. 3-4 höhere
A i bl i
Antriebsleistung
erforderlich
Aufstiegsgeschwindigkeiten
der Spülungsmedien
Æ Materialerosion
W
Wasser
L f
Luft
15-30 l/s @ 12-20 bar
300-400l/s @ 1 bar(a)
4-6 l/s @ 120-180 bar
1 bar(a)
20-30 m/s
~1m/s
20-30 m/s
~1m/s
Grundwasserzutritt in die Bohrung
Expandierende Luft (Gas)
bei Grundwasser-förderung
W
Wasser
L f
Luft
Ausspülungen, Erosion
möglich
Aufstiegsgeschwindigkeiten
20-30 m/s
~1m/s
Bohrlochstabilität und -qualität
DTH Wasser :
5 x weniger Durchfluß
Æ kleinerer Ringraum
möglich
Æ Führungsrippen
Æ höhere
Bohrgenauigkeit
W
Wasser
L f
Luft
Hydrostatischer Druck der
Wassersäule stabilisiert
das Bohrloch automatisch.
automatisch
Unabhängig von Tiefe
und Grundwasser.
Referenzbohrprojekt Stockholm
(Hässelby Strand / J.
J Riechers)
15 Bohrungen;
Tiefe 220 m;
Hydraulischer
Imlochhammer;
Wassara
14 Bohrungen;
B h
Tiefe: 250 m;
Pneumatischer
Imlochhammer;
oc a e ;
Atlas Copco
Quelle: Eniro Sverige
Geologie
Gneis, pegmatitisch
oberflächennah brüchig
stark wasserführend
Geplante vs. ausgeführte Bohr- / Sondenmeter
DTH Wasserhammer:
Bohrtiefen: 5 % Differenz zur Planung
DTH Lufthammer:
Bohrtiefen: 10 % Differenz zur Planung
100 %
3500
Sondenverluste
durch :
rauhe Bohrlochwandung
schlechte
Bohrlochqualität
94 8 %
94,8 %
3000
2500
Summe Bohrmetter
Rückfall von Bohrgut
100 %
89 1 %
89,1 %
2000
3500
1500
3118
3300
Geplante
Bohrmeter
3130
Tatsächliche
Bohrmeter
1000
500
0
Bohrfeld I - pneumatischer
Imlochhammer
Bohrfeld II - hydraulischer
Imlochhammer
Abweichungen von der Bohrachse
Abweichungen von der Bohrachse
Abweichungen
Wasserhammer:
5-10°
Lufthammer:
15-40°
Verbrauch an Betriebs- und Hilfsstoffen
L/m
Diesel consumption while drilling with
conventional air hammer (left) and high
pressure water (right, blue) down to 220 m
deapth
Druckwassergetriebene DTH-Bohrhammersysteme
Vorteile
vergleichsweise geringer Energieverbrauch (1/4 zu pneumatischem DTH-Hammer)
konstanter Wasserstrom (Spülung)
unabhängig von Grundwasservorkommen einsetzbar
hohe Bohrgenauigkeit + Bohrlochqualität
konstante Bohrleistung (ROP) in der Tiefe
sehr gleichmäßige Größe der Cuttings (< 3-4 mm Korngröße)
kontinuierlicher Bohrprozess bis hin zur quasi Spülbohrung möglich
((d.h. relativ unabhängig
g g von der Geologie)
g )
Umweltfreundlich : keine Spülungszusätze / Schmieröle
Nachteile
N
ht il
hohe Toolingkosten
aufwändiges Pipehandling und Pumpenregelung
Verschleissempfindlichkeit der Hämmer gegen Abrasivstoffe im Spülungsmedium
getrennte Kreislaufführung Druckwasser und Spülungswasser nötig
So nicht mehr:

Spülungszusätze
Fehlende
Spülungsaufbereitung
“Schaum”
Kompressor
K
DTH Hammer Luft
Spülwanne
St d der
Stand
d Technik
T h ik Dicker Spülschlauch mit Prallblech
Auslauf Spülwasser
p
Schutzverrohrung
“Doppelkopf”

Auch beim DTH Lufthammer
wird Wasser benötigt ….
Bohrspülung / Bohrgut : Abreinigung + Recycling
Bohrspülung / Bohrgut : Probenahme + Abreinigung
Hochschule Bochum
Neubau Internationales Geothermiezentrum
GeoStar-Projekt
Gefördert
durch das
Land
NordrheinWestfalen
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Neubau Internationales Geothermiezentrum
GeoStar Projekt
GeoStar-Projekt
GeoStar
Zusammenfassung
pneumatische und druckwassergetriebene Hammerbohrverfahren für Festgesteine
führen zu unterschiedlichen Bohrlochqualitäten und Maßhaltigkeiten
Bohrverfahren an die lokalen geologische Verhältnisse und an
Sensibilität der Nutzungssituation anpassen
Nachbarschaftsrecht berücksichtigen: Einhaltung von Grenzabständen
ggf. räumliche Lage der Bohrung untertage überprüfen
Thermische Bemessung von Sondenfeldern evtl. überprüfen
Sondenausbauqualität überprüfen (Zerstörung)
Vielen Dank & Glückauf!